Obiettivi formativi
Fornire gli strumenti per la progettazione e la verifica di impianti idraulici e per la pianificazione di opere fluviali. Fornire le conoscenze di base per le applicazioni nelle costruzioni maritime.
Prerequisiti
Conoscenze di Analisi matematica, Geometria, Meccanica Razionale, Fisica.
Contenuti dell'insegnamento
Foronomia. Processi di moto vario. Reazione di efflusso. Problemi pratici relativi alle lunghe condotte. Dimensionamento economico delle condotte. Costo di una condotta. Costi di esercizio. Sistemi di condotte a gravità. Impianti di sollevamento. Condotte forzate. Possibili tracciati altimetrici. Le equazioni del moto vario. Le oscillazioni di massa. Pozzo piezometrico senza strozzatura e con strozzatura ottimale. Oscillazione in un tubo ad U. Le equazioni semplificate del colpo d’ariete. Equazioni concatenate di Allievi. Equazioni complete del colpo d'ariete. Metodo delle caratteristiche per lo studio del colpo d'ariete. Applicazione agli impianti di sollevamento. Cassa d'aria. Richiami delle caratteristiche idrauliche delle correnti a pelo libero. I profili di rigurgito. Stramazzo laterale. Canale di gronda. Trasporto solido: concetti generali. Trasporto solido al fondo e in sospensione. Morfologia delle forme di fondo. Resistenza in alvei a fondo mobile. Campi vettoriali. Campo vettoriale generico: la decomposizione di Helmoltz. Potenziale scalare. Potenziale vettore. Onde di gravità. Onde lineari in acque profonde. Onde lineari in acque intermedie. Onde lineari in acque basse. Le medie temporali delle onde lineari unidirezionali. La portata massica. Il flusso di quantità di moto totale - radiation stress -Energia delle onde. Propagazione dell'energia. Onde di ampiezza finita. Onde su fondo non orizzontale, diffrazione e frangimento. Shoaling. Rifrazione. Diffrazione delle onde di gravità. Agitazione interna dei bacini.La riflessione parziale. Il modello per lo studio dell'agitazione interna dei bacini. Le sesse nei bacini. Onde frangenti. Frangenti di tipo spilling. Frangenti di tipo plunging. Frangenti di tipo surging. Il calcolo dell'altezza d'onda al frangimento.
Programma esteso
Prima parte
•Lezione 1: Foronomia, luci sotto battente, stramazzi. Luce sotto battente con tubo
addizionale esterno e interno. Efflusso sotto una paratoia.
•Lezione 2: Luci a stramazzo. Stramazzo Bazin, Thomson, Hegly, Cipolletti, triangolare.
Processi di moto vario.
•Lezione 3: Reazione di efflusso. Problemi pratici relativi alle lunghe condotte. Condotta a
diametro costante con erogazione lungo il percorso.
•Lezione 4: Verifica del funzionamento dei sistemi di condotte. Metodo di Cross con il
bilanciamento delle portate e con il bilanciamento dei carichi.
•Esercitazione No 1: calcolo di una rete con il metodo di Cross.
•Lezione 5: Dimensionamento economico delle condotte. Costo di una condotta. Costi di
esercizio. Sistemi di condotte a gravità. Impianti di sollevamento. Condotte forzate. Possibili
tracciati altimetrici.
•Lezione 6: Le equazioni del moto vario. Le oscillazioni di massa.
•Lezione 7: Pozzo piezometrico senza strozzatura e con strozzatura ottimale. Oscillazione in
un tubo ad U.
•Esercitazione No 2: sifone, condotta a diametro variabile e portata costante, condotta a
diametro costante e distribuzione lungo il percorso.
•Lezione 8: La celerità delle perturbazioni elastiche. Le equazioni semplificate del colpo
d’ariete.
•Lezione 9: Le condizioni al contorno negli impianti idroelettrici e di sollevamento.
Equazioni concatenate di Allievi.
•Lezione 10: Equazioni complete del colpo d'ariete.
•Lezione 11: Metodo delle caratteristiche per lo studio del colpo d'ariete. Metodo grafico per
lo studio del colpo d'ariete.
•Esercitazione No 3: equazioni concatenate di Allievi e metodo delle caratteristiche.
•Lezione 12: Applicazione agli impianti di sollevamento. Cassa d'aria.
•Lezione 13: Richiami delle caratteristiche idrauliche delle correnti a pelo libero. I profili di
rigurgito.
•Esercitazione No 4: le casse d’aria.
•Lezione 14: Tracciamento dei profili di rigurgito per gli alvei naturali.
•Lezione 15: Stramazzo laterale. Canale di gronda. Trasporto solido: concetti generali.
•Lezione 16: Trasporto solido al fondo e in sospensione. Morfologia delle forme di fondo.
•Lezione 17: Resistenza in alvei a fondo mobile. Erosione di una pila di ponte in alveo.
•Esercitazione No 5: tracciamento di profili di rigurgito. Trasporto solido.
Seconda parte: Idraulica Marittima
•Lezione 18: Campi vettoriali: Definizione di operatore divergenza e rotore. Campo
vettoriale generico: la decomposizione di Helmoltz. Potenziale scalare. Potenziale vettore.
Campo irrotazionale e solenoidale. Campo a rotore e divergenza non nulli. Ulteriore
classificazioni dei campi.
•Lezione 20: Onde di gravità: Le onde lineari. Onde di piccola ampiezza. Onde di forma
costante. Soluzione del problema differenziale. Celerità di propagazione, profilo del pelo
libero e potenziale di velocità. Discussione dei risultati.
•Lezione 21: Il campo di velocità. Traiettorie delle particelle. La pressione. Celerità di
gruppo e sovrapposizione di onde infinitesime. Onde infinitesime in due dimensioni. Onde
lineari in acque profonde.
•Lezione 22: Onde lineari in acque intermedie. Onde lineari in acque basse. Le medie
temporali delle onde lineari unidirezionali. La portata massica. Il flusso di quantità di moto
totale - radiation stress -Energia delle onde. Propagazione dell'energia. Onde di ampiezza
finita.
•Lezione 23: Onde di Stokes. Approssimazione al secondo ordine. Il campo di pressione. La
portata volumetrica e il significato di K. Velocità e traiettorie delle particelle. Onde di Stokes
al terzo ordine
•Lezione 24: Le onde lunghe. Le equazioni di Boussinesq. L'ordine di approssimazione più
piccolo. Il caso in cui risulti << µ2.
•Lezione 25: Il caso in cui risulti >> µ2. Il caso in cui risulti =O(µ2). Le onde cnoidali. La
velocità orizzontale nelle onde cnoidali. La distribuzione di pressione. Portata media,
radiation stress e flusso di energia. Onde infinitamente lunghe: l'onda solitaria.
•Lezione 26: Onde su fondo non orizzontale, diffrazione e frangimento. Shoaling. Rifrazione.
Rifrazione nel caso di isobate parallele.
•Lezione 27: Espressione del potenziale complesso. Diffrazione delle onde di gravità.
Diffrazione di una diga a parete verticale di lunghezza semi-infinita con onda incidente
ortogonalmente.
•Lezione 28: Diffrazione dovuta ad un ostacolo di dimensione finita. Agitazione interna dei
bacini
•Lezione 29: La riflessione parziale. Il modello per lo studio dell'agitazione interna dei
bacini.
•Lezione 30: Le sesse nei bacini. Onde frangenti. Frangenti di tipo spilling. Frangenti di tipo
plunging. Frangenti di tipo surging. Il calcolo dell'altezza d'onda al frangimento
Bibliografia
• Citrini, D. e Noseda, G., 1982. Idraulica. Casa Ed. Ambrosiana, Milano, pp x +468.
• Marchi, E. e Rubatta, A., 1981. Meccanica dei fluidi, UTET, Torino, pp xvi+800, ISBN 88 02 03659 4
• Longo, S., 2011. Appunti di Idraulica Marittima,Parte I: La teoria delle onde. ISBN 978-88-64450-18-6, III+146 pp.
• Longo, S. e Tanda, M.G., 2009. Esercizi di Idraulica e di Meccanica dei Fluidi. Springer & Verlag Italia, Collana
UNITEXT Ingegneria, ISBN 978-88-470-1347-6, V+386 pp.
• Alfonsi, G. e Orsi, E., 1984. Problemi di Idraulica e Meccanica dei fluidi. Casa Ed. Ambrosiana, Milano, pp 507,
ISBN 88 408 0735 7
• Ghetti, A., 1996. Idraulica. Edizioni Libreria Cortina, Padova, pp xi+566, ISBN 88 7784 052 8
• Longo, S., Appunti sul colpo d’ariete.
Metodi didattici
Lezioni frontali ed esrcitazioni numeriche. Video a applets interattive.
Modalità verifica apprendimento
Scritto e orale obbligatori.
Altre informazioni
E’ vivamente consigliata la frequenza del corso
