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Hydraulics
08BEKMC
A.A. 2022/23
Course Language
Italian
Degree programme(s)
1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Ingegneria Civile - Torino
Course structure
| Teaching | Hours |
|---|---|
| Lezioni | 64 |
| Esercitazioni in aula | 33 |
| Esercitazioni in laboratorio | 3 |
| Tutoraggio | 15 |
Lecturers
| Teacher | Status | SSD | h.Les | h.Ex | h.Lab | h.Tut | Years teaching |
|---|
Co-lectures
Context
| SSD | CFU | Activities | Area context | ICAR/01 | 10 | B - Caratterizzanti | Ingegneria civile |
|---|
2022/23
Le attività proprie dell'Ingegneria Civile non possono prescindere dalla conoscenza del comportamento dei fluidi presenti sia negli ambienti naturali che negli ambienti antropizzati. Nello specifico il corso fornisce i concetti di base relativi al comportamento dei fluidi (con particolare riferimento all'acqua) approfondendo sia gli aspetti legati all'interazione fluido-struttura, sia le conoscenze fondamentali necessarie per la progettazione e gestione di sistemi che prevedono il trasporto di fluidi, quali tubazioni, acquedotti, fognature, canali, fiumi e torrenti, acquiferi e mezzi porosi.
Civil Engineers cannot ignore the fluids behaviour that are present both in natural and anthropic environments. More specifically, the course provides the basic concepts relating to the behaviour of fluids (with particular reference to water), deepening both the aspects related to the fluid-structure interaction, and the fundamental knowledges for the design and management of systems involving transport of fluids, such as pipes, aqueducts, sewers, canals, rivers and streams, aquifers and porous media.
Al termine del corso è previsto che lo/la studente/studentessa sappia maneggiare agevolmente i principali concetti relativi al comportamento dei fluidi (con particolare riferimento ai fluidi Newtoniani e all'acqua). Tali concetti consentiranno loro di analizzare, progettare, verificare e gestire i sistemi che prevedono da un lato l'interazione tra un fluido e una struttura (si pensi, ad esempio, al calcolo della spinta dell'acqua sul paramento di monte di una diga o sulle fondazioni di un qualsiasi edificio), dall'altro i sistemi che comportano il trasporto di un fluido (ad esempio: progettare un sistema di condotte, verificare la corretta geometria di un canale per scopi irrigui, capire il comportamento idraulico di un corso d'acqua naturale o i principi di base del movimento dei fluidi nei sottosuolo e il loro utilizzo). Inoltre, mediante opportuni stimoli, verrà incrementata la capacità della/dello studentessa/studente di riflettere su alcuni temi etici, sociali, culturali connessi alla gestione delle acque negli ambiti propri dell'ingegneria civile.
Basic knowledge of fluid statics, real-Newtonian fluid dynamics, flow in pressurized pipes and in open channels, and flow in porous media.
Students will be able to evaluate static and dynamic forces exerted by fluids on rigid walls, design and test pressurized pipes and flow in open channels (rivers), and deal with simple problems concerning flow in porous media.
Le conoscenze di base necessarie per affrontare il corso sono in particolare quelle acquisite durante i corsi di Matematica e Fisica tenuti nei primi due anni del corso di laurea in Ingegneria Civile. Nello specifico è necessaria la conoscenza dei principi del calcolo differenziale, del calcolo integrale, dell'algebra vettoriale e dell'algebra di base dei numeri complessi. Alla/o studentessa/studente verrà richiesto di operare con i principali operatori (divergenza, rotore, laplaciano, etc...) applicati a vettori e scalari. Inoltre, la soluzione di molti dei problemi analizzati e risolti in sede di esercitazione, è sicuramente agevolata dalle abilità, acquisite durante i corsi precedenti e relative alla conoscenza di un linguaggio di programmazione (e.g. Phyton, Matlab....).
The basic concepts provided by the courses of Mathematics and Physics in the first two years of the degree in Engineering are required. In particular, knowledge of differential equations, integrals and vector calculus is necessary.
- Introduzione al corso (6 ore): Idraulica e Ingegneria Civile, breve storia dell'Idraulica, proprietà dei fluidi e definizioni, approccio della meccanica del continuo fluido, caratteristiche del fluido incomprimibile.
- Statica deli fluidi (6 ore + esercitazioni 1-2): equazione locale e globale (legge di Stevin), definizione, calcolo e misura della pressione in un fluido, azione fluido-struttura e calcolo di spinte su superfici piane e curve, problemi relativi al galleggiamento di un corpo in un fluido.
- Cinematica dei fluidi (3 ore): approccio euleriano e lagrangiano, equazioni di continuità, concetto di corrente e portata.
- Dinamica dei fluidi (12 ore + esercitazioni 3-4): equazioni di Navier-Stokes, il fluido perfetto, equazione di Eulero e teorema di Bernoulli, cenni sulla produzione di energia idroelettrica, regime di moto laminare e turbolento, analisi dimensionale.
- Correnti in pressione (13.5 ore + esercitazioni 5-7): impostazione empirica, perdite di carico, brevi e lunghe condotte, sistemi di condotte e reti idrauliche
- Correnti a superficie libera (15 ore + esercitazioni 8-10): equazioni di de Saint Venant, comportamento dei sistemi in moto uniforme e tracciamento dei profili in moto permanente, misura delle portate.
- Moti a potenziale e di filtrazione (6 ore + esercitazione 11): potenziale complesso delle velocità, analisi mediante funzioni di variabile complessa, equazione di Darcy, pozzi freatici e artesiani, trincee.
- Serbatoi di compenso (3 ore): dimensionamento.
Fluids and their characteristics. Definition of fluid; fluids as continuous media; variables and units of measure of fluid mechanics; flow regimes; deformations, deformation velocities and stresses in a fluid medium; equation of state.
Statics of fluids. Local and control-volume equations; statics of uncompressible heavy fluids; pressure measurement; forces on flat surfaces; forces on curved surfaces; forces on immersed bodies; stability of floats.
Kinematics of fluids. Eulerian and Lagrangian approaches: velocity and acceleration; flow regimes; continuity equations.
Dynamics of ideal fluids. Euler’s equation; global equations; Bernoulli's theorem; applications; extensions and applications of the Bernoulli’s theorem. Hyroelettric energy production.
Dynamics of real fluids. Navier-Stokes equations; global equations for Newtonian fluids; Reynolds number.
Laminar flow. Definition; global equations; analytical solutions for simple geometries.
Turbulent flow. Reynolds’ experiment; general properties; temporal and ensemble average; equations of the average motion; Reynolds stresses; pi-Greco theorem; velocity profile of the flow.
Pipe flow. Empirical approach; Moody's chart; head losses; practical laws; energy grade line and hydraulic grade line.
Long pipelines. Definition; design and test problems; emblematic cases: water supply pipe network. Discharge emasurement in pipe flows
Open channel flow. Basics; De Saint Venant equations; steady uniform motion; critical flow conditions; Froude number; channel critical slope.
Steady open channel flow. Profile equations; general integrals; hydraulic jump; typical cases; discharge measurement in open channel flow.
Potential flow. Definition; velocity potential; Chauchy-Riemann relations; differential equation for potential flow; velocity complex function and its properties; examples (flow near a corner; source-sink system; vortexes; flow around a cylinder and around a body);
Flow in porous media. General characteristics and approaches; Darcy’s law; hydraulic conductivity tensor; analytical solutions for simple geometries in unconfined and confined aquifers.
Regulated storage tanks.
Il corso sarà erogato mediante:
- 64 ore di lezione nelle quali verranno approfonditi i temi descritti nel programma del corso
- 33 ore di esercitazione durante i quali verranno proposti alcuni esercizi relativi agli argomenti svolti a lezione e verranno analizzati alcuni problemi e situazioni progettuali pratiche tipiche dell'Idraulica connessa all'Ingegneria Civile.
- 3 ore di laboratorio nelle quali le/gli studentesse/studenti potranno verificare le loro conoscenze e saggiare la loro preparazione analizzando alcuni fenomeni idraulici proposti mediante alcune apparecchiature ed esperimenti appositamente approntati nella zona "didattica" del Laboratorio di Idraulica "G. Bidone" del DIATI . In tale occasione sarà possibile anche visitare brevemente il Laboratorio stesso.
Lectures, laboratory activities and numerical exercises on the theoretical principles presented in class will be performed.
Molti degli argomenti trattati nel corso sono reperibili sui comuni testi di Idraulica di base. Durante il corso verranno distribuite dispense di approfondimento ove necessario. Le slide proiettate in aula verranno sempre rese disponibili mediante il portale della didattica.
Nel caso lo/la studentessa/studente desiderasse approfondire gli argomenti del corso è disponibile il seguente elenco di testi
Citrini D. e Noseda G. - Idraulica - CEA Milano - 1987
Cengel Y.A. e Cimbala J. M. – Meccanica dei Fluidi – McGraw-Hill - 2015
Kundu P. K. and Cohen I. M. - Fluid Mechanics - Academic Press - 2002
Munson B., Young F., Okiishi H. and Huebsch W. W. - Fundamentals of Fluid Mechanics (SI Version, 6th Edition) - Wiley - 2010
Per quanto riguarda le esercitazioni, oltre agli esercizi svolti e ad ulteriori esercizi messi a disposizione, è possibile consultare testi specifici quali:
Longo S. e Tanda M. G. - Esercizi di Idraulica e di Meccanica dei Fluidi - Springer - 2009
Brunone B., Ferrante M. e Berni A. - Esercizi di idraulica. Vol. 1 - Morlacchi - 2003
Brunone B., Ferrante M. e Meniconi A. - Esercizi di idraulica. Vol. 2 - Morlacchi - 2006
Camnasio E., Lazzarin A. e Orsi E. - Meccanica dei Fluidi - Esercizi risolti, temi d’esame e richiami di teoria - Esculapio - 2017
The topics covered in the course are found in various texts of Hydraulics (e.g., Citrini e Noseda, Idraulica, CLUT; Munson et al., Fundamentals of Fluid Mechanics).
For further details:
- Marchi, Rubatta, Meccanica dei Fluidi, UTET
- Tritton, Physical Fluid Mechanics
- Kundu, Fluid Mechanics.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
Exam: Compulsory oral exam;
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L’esame, volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma ufficiale del corso e la capacità della/dello studentessa/studente di analizzare e proporre soluzioni per problemi di base relativi all'Idraulica, sarà svolto mediante un colloquio orale obbligatorio. Il colloquio sarà svolto mediante la proposizione di 1-2 domande relative ai concetti teorici e all'impostazione di 1-2 esercizi simili agli esercizi proposti durante le esercitazioni. Particolare attenzione verrà posta alla verifica dell'abilità acquisita dalla/dallo studentessa/studente nell'affrontare gli aspetti ingegneristici relativi ai problemi proposti.
La votazione del colloquio orale sarà espressa in trentesimi.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Compulsory oral exam;
The exam consists of a written test and an oral exam.
The written test is carried out at LAIB and consists of 20 multiple choice questions (1 point for each correct answer, with a maximum of 20 points). The questions will cover both theoretical issues and numerical exercises in order to assess the understanding of basic concepts and the ability to perform simple quantitative evaluations. The duration of the written test is 2 hours. The written test is passed with a grade of at least 12 points. This condition is necessary to access the oral exam. The result of the written test is only valid for the corresponding oral exam.
The oral exam covers all topics discussed in the course in order to assess the understanding of the theoretical and practical aspects presented during the course.
If exam is performed remotely, the written exam is carried out through the university's computerized means and the oral exam takes place via webcam.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.