Idraulica

Finalità

Programma

Misura delle grandezze fisiche. Operatori su scalari, vettori, tensori. Sistemi di riferimento e di coordinate. Proprietà dinamiche del riferimento. Funzioni di stato. (Cap.1 Marchi-Rubatta)
Proprietà dei materiali:
Densità e peso specifico, comprimibilità. Tensione superficiale. Tensione di vapore. Modulo di comprimibilità. Viscosità. (Cap.2 Marchi-Rubatta)
Analisi dimensionale:
Espressioni dimensionali. Gruppi equivalenti di grandezze fondamentali. Teorema p. Numeri puri di maggiore interesse (Cap.3 Marchi-Rubatta)
Schemi di mezzo continuo:
Definizione di un continuo. Derivate sostanziali. Teorema del trasporto. Equazione di continuità. Equazione di bilancio della quantità di moto lineare. Eq. di bilancio del momento angolare della q.d.m.. Equazioni della Termodinamica. Equazioni in forma cardinale. Equazioni in forma indefinita. Tensore degli sforzi. (Cap.4 Marchi-Rubatta) Legami costitutivi termici. Legami costitutivi meccanici. Fluidi Newtoniani. Principio di obiettività materiale. Fluidi di Stokes (appunti dalle lezioni)
Cinematica dei fluidi:
Velocità di deformazione. Accelerazione. Linee di corrente, di fumo; traiettorie. Potenziali di Stokes. Potenziale scalare di velocità. Funzioni di corrente. Moti irrotazionali, isocori. Moti a divergenza e rotore non nulli. Potenziale delle accelerazioni. Vorticità e relativi teoremi. Moti piani. (Cap. 5 Marchi-Rubatta)
Statica dei fluidi:
Equazioni della statica. Equilibrio in presenza di forze di massa assegnate, nel campo del geopotenziale. Spinte su superfici piane e gobbe. Equilibrio dei corpi immersi o galleggianti. Stabilità dell'equilibrio. Equilibrio in riferimenti non inerziali. (Cap.6 Marchi-Rubatta)
Dinamica dei fluidi ideali:
Equazioni meccaniche dei fluidi ideali. Aspetti del moto dei fluidi ideali. Teorema di Bernoulli. Stime sull'energia. Condizioni al contorno. Limitazioni dello schema. Moti baroclinici e geostrofici (Cap. 7 Marchi-Rubatta)
Moti irrotazionali:
Moti piani permanenti. Trasformazioni conformi. Metodo dei pozzi e delle sorgenti. Distribuzione della pressione. Esempi di moti piani permanenti. (Cap.8 Marchi-Rubatta, Cap.5 Ghetti e appunti dalle lezioni).
Dinamica dei fluidi viscosi.
Tensore degli sforzi per fluidi Newtoniani. Equazione di Navier-Stokes. Aspetti generali del moto. Condizioni al contorno. Moto in tubi cilindrici. Coefficienti di resistenza distribuita. Moti indotti da scorrimenti delle pareti. Moti a basse velocità. La lubrificazione. Moto alla Hele-Shaw. Corrente uniforme che investe un cilindro o una sfera. (Cap.9 Marchi-Rubatta)
Moti di filtrazione:
Filtrazione da un pozzo in falda freatica e artesiana, a simmetria cilindrica e sferica. Filtrazione da trincea (Cap. 9 Marchi-Rubatta, Cap.16 Ghetti e ultimo capitolo del Citrini-Noseda)
Moto turbolento:
Il moto medio e le fluttuazioni. La media di Favre. Equazioni di Navier-Stokes per campi di moto turbolenti (Cap.10 Marchi-Rubatta e appunti dalle lezioni)
Equazioni globali della dinamica dei fluidi:
I teoremi meccanici globali. Correnti e vene rettilinee. Fenomeni di efflusso. Imbocco di condotte. Brusco allargamento di sezione. Iniettori. Urti di getti. Turbine Pelton. Pompe e turbine a reazione. Eliche. Teorema di Kutta e Joukowsky. (Cap.11 Marchi-Rubatta)
Strato limite:
Genesi della vorticità. Concetto di strato limite. Strato limite laminare. Separazione dello strato limite. Strato limite turbolento. Resistenza del cilindro e della sfera. Controllo dello strato limite. Forze su corpi in movimento o investiti da una corrente (Cap.12 Marchi-Rubatta, Cap.18 Ghetti)
Moto uniforme nelle condotte in pressione:
Distribuzione delle tensioni. Perdite di carico distribuite. Equazione del moto uniforme. Leggi di resistenza nei tubi lisci e scabri e nei tubi commerciali. Formule antiche. Problemi di moto uniforme. Complementi sulla distribuzione di velocità. Condotte cilindriche non circolari. (Cap.13 Marchi-Rubatta)
Moto permanente nelle condotte:
Variazioni graduali di sezione. Perdite di carico localizzate. Condotta tra due serbatoi. Sifoni. Reti di condotte. Metodo di Cross. Misuratori di portata. (Cap.14 Marchi-Rubatta)
Moto vario nelle condotte in pressione:
Le equazioni del moto vario di una corrente. Oscillazioni di massa senza resistenze e con resistenze: pozzi piezometrici. Oscillazioni in un tubo a U. Oscillazioni elastiche. Celerità di un'onda. Equazioni differenziali semplificate. Le equazioni integrali. Condizioni ai limiti. Le equazioni concatenate di Allievi. Estensione per una sezione generica. Metodi grafici di estensione. Equazioni differenziali complete. Metodo delle caratteristiche. Soluzione numerica. Metodi grafici. Sistemi di condotte. La cassa d'aria. Colpo d'ariete nei sistemi di pompaggio. (Cap.16 Marchi-Rubatta, Cap. 9 del Citrini-Noseda, dispense).
Correnti a pelo libero:
Definizioni ed ipotesi. Carico specifico e profondità critica. Velocità critica. Moto uniforme nei canali. Pendenza critica. Coefficiente di resistenza. Scala di deflusso. Distribuzione di velocità. Leggi di resistenza. Alvei con sezioni composite o con scabrezza eterogenea (Cap. 17 Marchi-Rubatta)
Moto permanente delle correnti a pelo libero:
Equazioni del moto permanente gradualmente variato. Correnti in alveo cilindrico. Profili di corrente. Canali orizzontali o acclivi. Equazione di profili in alveo cilindrico. Il risalto idraulico. Funzione quantità di moto totale. Il risalto in alveo rettangolare. Variazioni di sezione dell'alveo. Transizione attraverso lo stato critico. Sezioni di controllo. Stramazzo Belanger e in parete sottile.( Cap.18 Marchi-Rubatta)

Attività d'esercitazione

Modalità d'esame

Esame scritto e esame orale. Tre prove scritte in corso d'anno in sostituzione dell'esame scritto finale.

Propedeuticità

Testi consigliati

Marchi, E. e Rubatta, A., 1981. Meccanica dei fluidi, UTET, Torino, pp xvi+800, ISBN 88 02 03659 4 Citrini, D. e Noseda, G.. Idraulica. Casa Editrice Ambrosiana, Milano, pp x +468.
Ghetti, A., 1996. Idraulica. Edizioni Libreria Cortina, Padova, pp xi+566, ISBN 88 7784 052 8 Alfonsi, G. e Orsi, E., 1984. Problemi di Idraulica e Meccanica dei fluidi. Casa Editrice Ambrosiana, Milano, pp 507 , ISBN 88 408 0735 7

Testi d'approfondimento

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