2018/2019

2018/2019

DM270

ICAR/01 (IDRAULICA)

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE E ARCHITETTURA

INGEGNERIA CIVILE

Idraulico

1°

Secondo Semestre (06/03/2019 - 14/06/2019)

9

76 ore di attività frontale

Italiano

SCRITTO E ORALE CONGIUNTI

SIBILLA STEFANO (titolare) - 3 CFU
MANENTI SAURO - 6 CFU

Fisica matematica.
Elementi fondamentali del calcolo vettoriale.
Grandezze tensoriali.
Teoremi integrali del calcolo vettoriale.
Fondamenti di analisi matematica.

Al termine del Corso, lo studente dovrà avere acquisito gli elementi teorici indispensabili per l'analisi dei campi di moto che risultano di interesse nelle applicazioni tecniche dell'ingegneria idraulica e dovrà avere inoltre acquisito le conoscenze fondamentali per lo studio della propagazione ondosa (onde di traslazione e di oscillazione). Avrà inoltre esteso le conoscenze fornite nei precedenti corsi di Idraulica per le correnti liquide (moti unidimensionali) al contesto pluridimensionale.
Attraverso le esercitazioni, lo studente acquisirà inoltre la capacità di applicare la teoria acquisita nel corso all'analisi di alcuni problemi rilevanti nell'ambito dell'ingegneria idraulica (e.g. fenomeni di moto vario nelle correnti a superficie libera ed in pressione, spinte idrodinamiche stazionarie su superfici).

PARTE I
Basi di fisica matematica: algebra vettoriale e tensoriale; richiami del calcolo matriciale; sistemi di riferimento; teoremi di Stokes e Gauss.
Analisi puntuale dello stato di tensione: ipotesi del continuo materiale; 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; 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.
Introduzione ai principali modelli reologici dei fluidi non-Newtoniani.
Teoria lineare delle onde: soluzione del BVP linearizzato; relazione di dispersione; cinematica e traiettorie delle particelle liquide; campo di pressione; energia del moto ondoso; propagazione su batimetria cilindrica; condizioni di mild slope; shoaling e rifrazione.
PARTE II
Cenni alla teoria della turbolenza: instabilità, scale della turbolenza, equazioni mediate di Reynolds. Turbolenza di parete: profili di velocità. Applicazioni alle correnti turbolente nelle condotte e nei canali.
Calcolo delle forze idrodinamiche: portanza e resistenza, coefficienti idrodinamici. Applicazioni dell'equazione globale dell'equilibrio idrodinamico al calcolo della spinta idrodinamica.
Moto vario nelle correnti in pressione. Colpo d’ariete. Equazioni del moto in forma caratteristica.
Moto a potenziale di velocità: cenni al calcolo del moto di filtrazione nei mezzi porosi.

Lezioni (ore/anno in aula): 58
Esercitazioni (ore/anno in aula): 10
Attività pratiche (ore/anno in aula): 0

R. Aris "Vectors, tensors, and the basic equations of fluid mechanics" Dover pub.
W. Prager "Introduction to mechanics of continua" Ginn and Co. 1961
P.C. Chou & N.J. Pagano "Elasticity, tensor, dyadic, and engineering approaches" Dover pub.
R.G. Dean & R.A. Darlymple "Water wave mechanics for engineers and scientists" World Scientific.
De Girolamo P., Franco L., Noli A. "Fondamenti di oceanografia e idraulica marittima per ingegneri", dispense del corso (in Italian).
A. Ghetti "Idraulica" Libreria int. Cortina - Padova 2004.
Wilkinson W.L., Non-Newtonian fluids. 1960 Pergamon Press.
Citrini D., Noseda D., Idraulica. CEA, Milano 1987
Tennekes H., Lumley J.L., A first course in turbulence, MIT Press 1972

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/)