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Hydraulics

08BEKMO

A.A. 2022/23

Course Language

Italian

Course degree

1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Ingegneria Per L'Ambiente E Il Territorio - Torino

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03BEKMO

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 67
Esercitazioni in aula 30
Esercitazioni in laboratorio 3
Tutoraggio 15
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Ridolfi Luca Professore Ordinario ICAR/01 67 0 15 0 16
Teaching assistant
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Context
SSD CFU Activities Area context
ICAR/01 10 B - Caratterizzanti Ingegneria civile
2022/23
Nell'Ingegneria Ambientale, un gran numero di fenomeni e processi (sia naturali che creati dall'uomo) sono mediati da fluidi. In quest'ottica, l'insegnamento si pone l'obiettivo di fornire i concetti base della meccanica dei fluidi (statica e la dinamica dei fluidi perfetti e reali Newtoniani) e di mostrare come la conoscenza delle dinamiche dei fluidi siano fondamentali in molteplici applicazioni ingegneristiche tipiche dell'Ingegneria Ambientale.
In the field of Environmental Engineering, a huge number of processes and phenomena (both natural and induced by men) are driven by fluids. In this framework, this course aims as: (i) providing some fundamentals of fluid mechanics (e.g., hydrostatics, dynamics of perfect fluids and dynamics of real Newtonian fluids); and (ii) show how the fundamentals of fluid mechanics can be applied to solve real world problems related to Environmental Engineering issues.
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà saper (i) descrivere matematicamente il comportamento dei fluidi in quiete (ii) calcolare le spinte esercitate dai fluidi su superfici piane e curve (iii) descrivere matematicamente il comportamento dinamico di un fluido perfetto (iv) utilizzare la teoria dei fluidi perfetti per modellare, comprendere, quantificare il comportamento idraulico di tipici manufatti e sistemi ingegneristici (v) descrivere matematicamente il comportamento dinamico di un fluido reale Newtoniano (vi) descrivere matematicamente le dinamiche delle correnti in pressione (in moto sia laminare che turbolento) (vii) progettare e verificare semplici sistemi di condotte in pressione (p.es., per la distribuzione/pompaggio di acqua) (viii) descrivere matematicamente le dinamiche delle correnti a superficie libera (ix) modellare quantitativamente il comportamento di canali (valutare condizioni di moto uniforme e tracciare profili di moto permanente) (x) descrivere matematicamente le dinamiche del flusso in mezzi porosi e applicare tali teorie per la soluzione di problemi pratici di moti di filtrazione.
Basic knowledge of (i) fluid statics, (ii) real-Newtonian fluid dynamics, (iii) flow in pressurized pipes and in open channels, and (iv) flow in porous media. Students will be able to (i) evaluate static and dynamic forces exerted by fluids, (ii) design and test pressurized pipes and flow in open channels (rivers), and (iii) deal with simple problems concerning flow in porous media.
Sono necessarie le conoscenze di base acquisite negli insegnamenti di Matematica (derivate ordinarie e parziali, integrazione 1-3D) e di Fisica (statica ed equilibrio, dinamica e cinematica dei corpi rigidi, calcolo vettoriale e combinazione di forze)
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.
Fluidi e loro caratteristiche. Definizione di fluido; fluido come mezzo continuo; variabili tipiche della meccanica dei fluidi; regimi di moto; deformazioni, celerità di deformazione e tensioni in un mezzo fluido; equazione di stato. Statica dei fluidi. Equazione locale della statica dei fluidi; equazione globale dell’equilibrio statico, statica dei fluidi incomprimibili pesanti; misure di pressione; forze su superfici piane; forze su superfici curve; forze su corpi immersi; stabilità dei galleggianti; equilibrio relativo. Cinematica. Approcci Euleriani e Lagrangiani: velocità e accelerazione; correnti; equazioni di continuità (in forma locale, globale e per una corrente). Dinamica dei fluidi perfetti. Equazioni di Eulero; equazioni globali; teorema di Bernoulli; sue applicazioni ed estensioni. Dinamica dei fluidi reali. Equazioni di Navier-Stokes; equazioni globali per fluidi Newtoniani; numero di Reynolds. Moto laminare. Definizione; equazioni globali; soluzioni analitiche per casi con geometrie semplici. Turbolenza. Esperienza di Reynolds; proprietà generali; concetto di media temporale e media d’insieme; equazioni del moto medio; tensioni di Reynolds; modello della cascata dei vortici; vortex stretching; teorema pi-greco; turbolenza di parete e profilo di velocità. Correnti in pressione. Impostazione empirica; diagramma di Moody; resistenze; leggi pratiche; linee dei carichi piezometrici e totali. Lunghe condotte. Definizione; problemi di verifica e problemi di progetto; casi emblematici. Moto di correnti a superficie libera. Concetti base; equazioni di de Saint Venant; moto uniforme; moto critico; numero di Froude; pendenza critica. Moto permanente di correnti a superficie libera. Equazioni dei profili; integrali generali; risalto idraulico; casi tipici; passaggio su una soglia, stramazzi laterali; curve. Moti a potenziale. Definizione; potenziale e funzione di corrente; relazioni di Chauchy-Riemann; equazioni differenziali dei moti a potenziale; funzione complessa di velocità e sue proprietà; esempi (moto negli angoli, pozzo-sorgente, vortice; flusso attorno ad un corpo e ad un cilindro); teorema di Blasius; trasformazioni conformi. Moti di filtrazione. Caratteristiche generali e tipi di approccio; Equazione di Darcy; tensore di conducibilità idraulica; alcune soluzioni analitiche per geometrie semplici, in acquiferi freatici e in pressione.
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; relative equilibrium. 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. 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; vortex cascade model; vortex stretching; pi-Greco theorem; wall turbulence and 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. 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; flow over weirs; curved 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); Blasius theorem. Flow in porous media. General characteristics and approaches; Darcy’s law; hydraulic conductivity tensor; analytical solutions for simple geometries in unconfined and confined aquifers.
L'insegnamento prevede lezioni di teoria e da esercitazioni in aula. Saranno svolte anche esperienze nel laboratorio didattico di idraulica e meccanica dei fluidi. Se l'insegnamento sarà svolto da remoto, il materiale di ciascuna lezione/esercitazione sarà reso disponibile agli studenti sia tramite la registrazione della lezione sia mettendo a disposizione del materiale proiettato e/o scritto dal docente
Laboratory activities and exercises on the theoretical principles presented in class will be performed. If the teaching will be carried out remotely, the material of each lesson/exercise will be made available to the students both through the recording of the lesson and by making available the material projected and/or written by the teacher
Gli argomenti trattati in gran parte dell'insegnamento si ritrovano in vari testi di Idraulica (p.es., Citrini e Noseda, Idraulica, CLUT; Munson et al., Fundamentals of Fluid Mechanics, ecc.) Per appronfondimenti: - Marchi, Rubatta, Meccanica dei Fluidi, UTET - Tritton, Physical Fluid Mechanics - Kundu, Fluid Mechanics,
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;
L'esame si svolge attraverso un colloquio orale sugli argomenti trattati nell'insegnamento . 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 idrauliche ricorrenti nell'ambito della ingegneria per l'ambiente e il territorio.
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;
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.
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