2021/2022

2021/2022

DM270

ICAR/01 (IDRAULICA)

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE E ARCHITETTURA

INGEGNERIA CIVILE

Idraulico

1°

Primo Semestre (27/09/2021 - 21/01/2022)

6

48 ore di attività frontale

Italiano

SCRITTO E ORALE CONGIUNTI

MANENTI SAURO (titolare) - 6 CFU

Basi di fisica matematica, calcolo vettoriale e matriciale.
Fondamenti di analisi matematica: campi vettoriali; operatori differenziali; differenziale di una funzione di variabile vettoriale.
Teoremi integrali del calcolo vettoriale.

Al termine del Corso, lo studente acquisirà gli elementi teorici e gli strumenti di calcolo indispensabili per l'analisi dei campi di moto che risultano di interesse nelle applicazioni della Meccanica dei Fluidi.
Attraverso le esercitazioni, lo studente acquisirà alcune nozioni dell'analisi al calcolatore ed applicherà la teoria a problemi rilevanti della Meccanica dei Fluidi: conduzione del calore e filtrazione nei mezzi porosi; misura della viscosità ed applicazioni; propagazione di onde lineari.

Basi di fisica matematica: algebra vettoriale e tensoriale; richiami del calcolo matriciale; sistemi di riferimento; teoremi di Stokes e Gauss.
Ipotesi del continuo materiale.
Analisi puntuale dello stato di tensione: principio di Cauchy; tensore degli sforzi; sforzi e direzioni principali di tensione; tensore sferico e deviatorico della tensione.
Stato di deformazione puntuale: descrizione Lagrangiana ed Euleriana; teoria dei piccoli spostamenti; tensore di deformazione; direzioni principali di deformazione; tensore sferico e deviatorico della deformazione; deformazione piana; equazioni di congruenza; tensore velocità di deformazione; tensore vorticità.
Equazioni fondamentali della meccanica del continuo: conservazione della massa - equazione di continuità; teorema del trasporto di Reynolds; conservazione della quantità di moto - equazione del moto di Cauchy; conservazione del momento angolare; conservazione dell'energia.
Equazioni costitutive: fluido Newtoniano.
Equazioni di Navier-Stokes; casi particolari: fluido perfetto; equazioni di Eulero e Bernoulli; teorema di Kelvin. Equazione globale dell'equilibrio idrodinamico. Moto a potenziale di velocità: cenni sul moto di filtrazione nei mezzi porosi. Analogia con la conduzione del calore nei solidi.
Introduzione ai principali modelli reologici dei fluidi non-Newtoniani. Misura sperimentale della viscosità. Applicazioni ai dispositivi di dissipazione delle vibrazioni (viscous fluid dampers).
Teoria lineare delle onde: definizioni; soluzione del BVP linearizzato; relazione di dispersione; condizioni di acqua bassa e profonda; cinematica e traiettorie delle particelle liquide; campo di pressione; energia del moto ondoso; propagazione su batimetria cilindrica; condizioni di mild slope; shoaling e rifrazione. Cenni sui modelli spettrali ed applicazioni.

Lezioni frontali: 40. Le lezioni sono incentrate su: spetti di base della meccanica del continuo; derivazione delle equazioni di bilancio; equazioni costitutive; equazioni di Navier-Stokes.
Esercitazioni: 8. Specializzazione delle equazioni di Navier-Stokes per problemi di interesse della meccanica dei fluidi ed implementazione della soluzione mediante script Matlab; misura sperimentale della viscosità; utilizzo di modello spettrale open-source per la propagazione del moto ondoso reale.

# Aris R. "Vectors, tensors, and the basic equations of fluid mechanics" 1990 Dover pub ISBN-10: 0486661105.
# Bear J. & Buchlin J-M. "Modelling and Applications of Transport Phenomena in Porous Media" Springer Science+Business Media, B.V. 1991. ISBN 978-94-010-5163-7
# Chou P.C. & Pagano N.J. "Elasticity, tensor, dyadic, and engineering approaches" 1992 Dover pub ISBN-13: 978-0486669588.
# Citrini D., Noseda D. "Idraulica" CEA, Milano 1987
# Dean R.G. & Darlymple R.A. "Water wave mechanics for engineers and scientists" 1991 World Scientific ISBN: 978-981-02-0421-1.
# De Girolamo P., Franco L., Noli A. "Fondamenti di oceanografia e idraulica marittima per ingegneri", dispense del corso (in Italian).
# Ghetti A. "Idraulica" Libreria int. Cortina - Padova 2004.
# Kundu P. K., Cohen I. M., Dowling D. R. "Fluid Mechanics" 6th Ed. 2016 Elsevier A.P. ISBN: 9780124059351.
# Prager W. "Introduction to mechanics of continua" Ginn and Co. 1961
# Wilkinson W.L. "Non-Newtonian fluids" 1960 Pergamon Press.
# Young I.R. "Wind Generated Ocean Waves" Volume 2, 1st Edition. Elsevier 1999 - ISBN: 9780080433172

Prova orale basata sull'analisi e discussione dei problemi proposti durante le esercitazioni del corso, con approfondimenti sugli aspetti teorici.

Le dispense del corso sono scaricabili dalla piattaforma KIRO (https://elearning2.unipv.it/ingegneria/)