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PORTALE DELLA DIDATTICA

Idraulica II

05BEQMX

A.A. 2020/21

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 50
Esercitazioni in aula 24
Esercitazioni in laboratorio 6
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Ridolfi Luca Professore Ordinario ICAR/01 50 3 0 0 9
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ICAR/01 8 B - Caratterizzanti Ingegneria civile
2020/21
L'insegnamento di Idraulica II è un insegnamento formativo nel curriculum degli studi per il conseguimento della laurea magistrale in Ingegneria Civile indirizzo idraulico. In tale insegnamento dopo aver approfondito alcuni argomenti già trattati nel corso di Idraulica rivolto a tutti gli allievi ingegneri civili, vengono proposti argomenti specifici di interesse dell'ingegneria idraulica (moto vario nelle correnti in pressione e a superficie libera, onde di mare, ecc.). Le lezioni vengono accompagnate, nelle ore di esercitazione, da esempi applicativi utili per sviluppare la sensibilità e l'abilità dello studente nella soluzione di problemi ingegneristici di tipo idraulico.
The academic course ‘Idraulica II’ (Hydralics II) is part of the curriculum to achieve the Master’s degree in Water Engineering. After the in-depth analysis of topics belonging to the basic class ‘Idraulica I’ (Hydraulics), new specific topics are presented, such as unsteady motions in open channel flows, sea waves, turbulence, etc..
Gli obiettivi che si intendono perseguire sono sia lo sviluppo di una adeguata sensibilità nell'inquadrare correttamente dal punto di vista ingegneristico le problematiche idrauliche, sia la capacità di scegliere i mezzi risolutivi adeguati alle specifiche scale spaziali e temporali del problema da risolvere.
The main objective is to develop both the proper understanding of problems related to hydraulic engineering and the ability of choosing the correct methods depending on the time and space scales of the problems.
Conoscenza del calcolo differenziale, aspetti base della fisica-matematica e fondamenti della meccanica dei fluidi.
Knowledge of differential calculus, basic notions of mathematical physics and fundamentals of fluid mechanics.
MOTO VARIO NELLE CORRENTI IN PRESSIONE Scale del problema, casi di colpo d'ariete e di oscillazione di massa, variabili chiave e ruolo della comprimibilità e delle dissipazioni d'energia. Colpo d'ariete: inquadramento fisico, equazioni governanti il fenomeno, celerità di propagazione delle onde di pressione, fenomeno nel caso di chiusura istantanea, fase di colpo diretto e di contraccolpo, soluzione (con e senza dissipazioni) mediante la teoria delle caratteristiche. Moti di oscillazione di massa: casi emblematici, equazioni fondamentali, moto di oscillazione in un tubo a U, caso del sistema serbatoio-galleria-pozzo piezometrico, ruolo delle resistenze e della strozzatura ottimale. Casse d'aria: ruolo, equazioni e soluzioni per la loro progettazione. MOTO PERMANENTE NELLE CORRENTI A SUPERFICIE LIBERA Richiami di Idraulica I: equazioni di de Saint Venant, equazioni del moto permanente, concetto di profondità critica e correnti lente e veloci, numero di Froude, pendenza critica, risalto idraulico. Casi notevoli: cambi di pendenza, salto/gradino di fondo, soglia sul fondo, imbocco da un serbatoio, sbocco in un serbatoio, restingimento/allargamento di sezione, stramazzi e immissioni laterali MOTO VARIO NELLE CORRENTI A SUPERFICIE LIBERA Onde lineari: equazioni, canale con barriera finale, brusca variazione di sezione, intercettazione del moto, sottrazione di portata, biforcazioni. Teoria delle caratteristiche e dam break. Onde di piena: proprietà, modello cinematico e parabolico, isteresi del legame livelli portate e cappio di piena. TURBOLENZA Descrizione qualitativa e proprietà notevoli, media temporale e d'insieme, covarianze e correlazione, spettri, equazione del moto medio, equazione dell'energia del moto medio, equazione dell'energia del moto turbolento. Descrizione fenomenologica: scale notevoli, cascata di energia e di vortici, vortex stretching, microscala di Kolmogorov. Turbolenza libera: getti, scie e mixing layer, conservazione del flusso della quantità di moto, legge di apertura di tali flussi, bilancio di energia in un getto. Turbolenza di parete: profilo di velocità del moto medio (mediante analisi dimensionale), andamenti dei principali momenti statistici, ruolo della scabrezza, pareti curve e separazione, ciclo del bursting. ONDE DI MARE Inquadramento dei moti ondosi e della cause eccitanti. Equazioni con l'ipotesi di moto a potenziale. Teoria lineare di Airy: soluzione del potenziale, relazione di dispersione, celerità, orbite delle particelle fluide, pressioni, energia e celerità di gruppo. Onde di altezza finita e sviluppi perturbativi/modelli di Stokes, solitoni, diagramma di Le Mahaute, Trasformazione delle onde: riflessione, diffrazione e rifrazione. Piano delle onde. Frangimento. DINAMICA DEI LAGHI (cenni) Fluidi stratificati: caratteristiche e peculiarità. Stratificazione tipica dei laghi e sua stagionalità. Moti di oscillazione e sesse. Numeri notevoli per inquadrare la dinamica dei laghi. TEORIA DEI MODELLI IDRAULICI Modellistica fisica nello studio dei fenomeni idrodinamici. Modelli a Froude o Reynolds costante. Modelli fisici a fondo fisso e a fondo mobile (cenni). 1-2 SEMINARI scelti di anno in anno su temi attuali di ricerca.
UNSTEADY MOTION IN THE PRESSURE STREAMS Scales of the process, water hammer case and mass oscillation case, key variables and role of fluid compressibility and energy dissipations. Water hammer: physical framework, mathematical modelling, pressure wave propagation celerity, instantaneous valve closure, forward and backward waves, analytical solutions, numerical solutions by method of characteristics. Mass oscillation: typical cases, mathematical modelling, case of U-shaped pipe, reservoir-line-piezometric well case, role of energy dissipation and throttling. Air vessels: mathematical modelling and design. STEADY MOTION IN OPEN CHANNEL FLOWS de Saint Venant equations, steady motion modelling, critical depth, sub- and supercritical streams, Froude number, critical slope, hydraulic jump. Particular cases: slope changes, bed steps, inlet/outlet from reservoir, section narrowing/widening, side overfalls. UNSTEADY MOTION IN OPEN CHANNEL FLOWS Linear waves: mathematical modelling , channel with a barrier, sharp section change, sudden flow stopping, channel bifurcations. Theory of characteristics: dam break. Flood waves: properties, kinematic and parabolic models, hysteresis in the link discharge-stage. TURBULENCE Qualitative description, Reynolds approach, temporal and ensemble averages, covariance and correlations, spectra, modelling of the average motion, modelling og the kinetic energy of the average and turbulent motion. Phenomenological description: remarkable scales, energy cascade, vortex stretching, Kolmogorov microscale. Free turbulence: jets, wakes and mixing layers, momentum conservation, widening laws, energy balance in a jet. Wall turbulence: average velocity profile (by dimensional analysis), spatial behaviors of the main velocity statistical metrics, impact of roughness, flow separation, bursting cycle. SEA WAVES General framework. Potential theory. Airy solution: potential solution, celerity, particle orbits, pressure behavior, energy, group celerity. Perturbative Stokes solutions, solitons, Le Mahaute diagram. Wave changes: reflection, diffraction, refraction. Wave behavior close to the seacoast, wave breaking. LAKE DYNAMICS (only an introduction) Stratified fluids: characteristics and lake cases. Seasonality. Oscillation motions. Key dimensionless numbers. THEORY OF PHYSICAL MODELS Role in the water engineering design and research. Froude and Reynolds models: characteristics and optimal choices. Models with sediment transport. ONE-TWO SEMINARS. They will be chosen from year to year about current research topics.
Lezioni alla lavagna ed esercitazioni volte a mostrare esempi di applicazioni di quanto appreso a lezione. Nel caso in cui l'insegnamento sia svolo da remoto, le lezioni ed esercitazioni sono svolte via webcam e il materiale di ciascuna lezione sarà disponibile agli studenti sia tramite la registrazione della lezione sia con la messa a disposizione del pdf delle pagine scritte dal docente.
Blackboard lessons and suitable exercises aimed to show applications of the theory. If the teaching is done remotely, lessons and exercises are carried out via webcam and the material of each lesson will be available to students both by registering the lesson and by making available the pdf of the pages written by the teacher.
Il materiale didattico è costituito in parte da dispense in parte da riferimenti ai testi sotto indicati. Per gli approfondimenti di specifici argomenti sono consigliati i seguenti libri di testo: Marchi & Rubatta, Meccanica dei fluidi: principi e applicazioni idrauliche, UTET. Pope, Turbulence Flows, Cambridge Univ. Press. Defina, Onde in acque basse, Esculapio. Henderson, Open channel flow. Tritton, Physical fluid dynamics, Oxford press.
The teaching material consists partly of lecture notes and partly of references to the textbooks reported below. For specific in-depth analyses the following text books are suggested: E. Marchi & A. Rubatta- Meccanica dei fluidi: principi e applicazioni idrauliche – UTET- Torino Pope, Turbulence Flows, Cambridge Univ. Press. Defina, Onde in acque basse, Esculapio. Henderson, Open Channel Flow. Tritton, Physical fluid dynamics, Oxford press.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
L'esame (della durata di circa 30-40 minuti) si svolge attraverso un colloquio orale via webcam (utilizzando i mezzi informatici di ateneo) sugli argomenti trattati nel corso. Nel colloquio, vengono sottoposte dai membri della Commissione esaminatrice alcune domande atte a verificare che il candidato abbia acquisito sensibilità, nozioni e metodi risolutivi di problematiche ricorrenti nell'ambito della ingegneria idraulica.
Exam: Compulsory oral exam;
The final exam (lasting about 30-40 minutes) consists in an oral discussion via webcam (through the university's computerized means) through which the candidate should demonstrate to possess notions and solving methods for recurring problems in hydraulic engineering.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
L'esame (della durata di circa 30-40 minuti) si svolge attraverso un colloquio orale sugli argomenti trattati nel corso. Nel colloquio, vengono sottoposte dai membri della Commissione esaminatrice alcune domande atte a verificare che il candidato abbia acquisito sensibilità, nozioni e metodi risolutivi di problematiche ricorrenti nell'ambito della ingegneria idraulica.
Exam: Compulsory oral exam;
The final exam (lasting about 30-40 minutes) consists in an oral discussion through which the candidate should demonstrate to possess notions and solving methods for recurring problems in hydraulic engineering.


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