ID:
502473
Durata (ore):
52
CFU:
6
SSD:
IDRAULICA
Anno:
2024
Dati Generali
Periodo di attività
Primo Semestre (30/09/2024 - 20/01/2025)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Gli obiettivi formativi del Corso includono l'approfondimento e la generalizzazione dei concetti di idraulica impartiti nei dei corsi di base, consentendo la formulazione generale del problema fluidodinamico e l'analisi di problemi dinamici della meccanica dei fluidi. Inoltre, il corso consente l'acquisizione degli elementi teorici e degli strumenti di calcolo avanzati indispensabili per la formalizzazione, l'analisi e la soluzione dei principali campi di moto che risultano di interesse nelle applicazioni dell'ingegneria idraulica.
Attraverso le esercitazioni, lo studente acquisirà nozioni di analisi numerica al calcolatore applicata alla soluzione problemi rilevanti della Meccanica dei Fluidi: analisi della deformazione della particella fluida; flussi a potenziale; misura della viscosità ed applicazioni; meccanica delle onde lineari.
Attraverso le esercitazioni, lo studente acquisirà nozioni di analisi numerica al calcolatore applicata alla soluzione problemi rilevanti della Meccanica dei Fluidi: analisi della deformazione della particella fluida; flussi a potenziale; misura della viscosità ed applicazioni; meccanica delle onde lineari.
Prerequisiti
Basi di geometria e analisi matematica: calcolo vettoriale e matriciale, tensori, concetti di calcolo integrale e differenziale di funzioni scalari e vettoriali a valori reali.
Fondamenti di fisica meccanica: statica dei fluidi e concetto di tensione, principi di conservazione, equazioni di Stevino, Eulero e Bernoulli.
Fondamenti di fisica meccanica: statica dei fluidi e concetto di tensione, principi di conservazione, equazioni di Stevino, Eulero e Bernoulli.
Metodi didattici
Lezioni frontali. Le lezioni sono incentrate su: concetti di base ed equazioni fondamentali della Meccanica di Fluidi; derivazione delle equazioni di bilancio; equazioni costitutive per fluidi Newtoniani; equazioni di Navier-Stokes.
Esercitazioni. Specializzazione delle equazioni di Navier-Stokes per la soluzione di problemi di interesse della meccanica dei fluidi ed implementazione della soluzione al calcolatore mediante script Matlab; analisi della deformazione; filtrazione nei mezzi porosi; misura sperimentale della viscosità; calcolo delle principali caratteristiche delle onde lineari.
Esercitazioni. Specializzazione delle equazioni di Navier-Stokes per la soluzione di problemi di interesse della meccanica dei fluidi ed implementazione della soluzione al calcolatore mediante script Matlab; analisi della deformazione; filtrazione nei mezzi porosi; misura sperimentale della viscosità; calcolo delle principali caratteristiche delle onde lineari.
Verifica Apprendimento
La verifica dell’apprendimento avviene attraverso una prova orale mediante la quale vengono accertate le conoscenze teoriche e le metodologie di calcolo per l'analisi dei problemi inerenti la meccanica dei fluidi.
La verifica si basa sulla discussione orale delle esercitazioni del corso, attraverso la quale lo studente deve dimostrare la capacità di: illustrare il problema (ipotesi, condizioni al contorno etc.); definire il sistema di equazioni differenziali che ne governano la dinamica; illustrare la metodologia di soluzione adottata (analitica o numerica); analizzare criticamente i risultati e la loro coerenza con gli aspetti teorici e le ipotesi adottate; esplorare l'effetto della variazione dei parametri di modellazione sul risultato ottenuto.
Il punteggio attribuito sarà determinato seguendo i predetti criteri, considerando inoltre: modalità di esposizione dei contenuti (e.g., ordine
logico, proprietà di linguaggio etc,); capacità di analisi critica dei risultati e valutazione della coerenza rispetto al quadro teorico.
La verifica si basa sulla discussione orale delle esercitazioni del corso, attraverso la quale lo studente deve dimostrare la capacità di: illustrare il problema (ipotesi, condizioni al contorno etc.); definire il sistema di equazioni differenziali che ne governano la dinamica; illustrare la metodologia di soluzione adottata (analitica o numerica); analizzare criticamente i risultati e la loro coerenza con gli aspetti teorici e le ipotesi adottate; esplorare l'effetto della variazione dei parametri di modellazione sul risultato ottenuto.
Il punteggio attribuito sarà determinato seguendo i predetti criteri, considerando inoltre: modalità di esposizione dei contenuti (e.g., ordine
logico, proprietà di linguaggio etc,); capacità di analisi critica dei risultati e valutazione della coerenza rispetto al quadro teorico.
Testi
1) Aris R. "Vectors, tensors, and the basic equations of fluid mechanics" 1990 Dover pub ISBN-10: 0486661105.
2) 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
3) Citrini D., Noseda D. "Idraulica" CEA, Milano 1987
4) Dean R.G. & Darlymple R.A. "Water wave mechanics for engineers and scientists" 1991 World Scientific ISBN: 978-981-02-0421-1.
5) De Girolamo P., Franco L., Noli A. "Fondamenti di oceanografia e idraulica marittima per ingegneri", dispense del corso (in Italian).
6) Ghetti A. "Idraulica" Libreria int. Cortina - Padova 2004.
7) Kundu P. K., Cohen I. M., Dowling D. R. "Fluid Mechanics" 6th Ed. 2016 Elsevier A.P. ISBN: 9780124059351.
8) Wilkinson W.L. "Non-Newtonian fluids" 1960 Pergamon Press.
2) 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
3) Citrini D., Noseda D. "Idraulica" CEA, Milano 1987
4) Dean R.G. & Darlymple R.A. "Water wave mechanics for engineers and scientists" 1991 World Scientific ISBN: 978-981-02-0421-1.
5) De Girolamo P., Franco L., Noli A. "Fondamenti di oceanografia e idraulica marittima per ingegneri", dispense del corso (in Italian).
6) Ghetti A. "Idraulica" Libreria int. Cortina - Padova 2004.
7) Kundu P. K., Cohen I. M., Dowling D. R. "Fluid Mechanics" 6th Ed. 2016 Elsevier A.P. ISBN: 9780124059351.
8) Wilkinson W.L. "Non-Newtonian fluids" 1960 Pergamon Press.
Contenuti
Richiami dei concetti di base di fisica matematica: algebra vettoriale e tensoriale.
Descrizione Lagrangiana ed Euleriana del moto. Principali grandezze tensoriali che caratterizzano la cinematica del fluido. Stato di deformazione puntuale.
Richiami sull'analisi dello stato di tensione puntuale.
Volume di controllo e volume materiale; teorema del trasporto di Reynolds.
Equazioni fondamentali della meccanica di fluidi: equazione di continuità; equazione di bilancio della quantità di moto; conservazione dell'energia.
Formulazione matematica del problema dinamico per flusso isotermo di fluido Newtoniano.
Equazione di Navier-Stokes. Proprietà dei campi vettoriali conservativi.
Casi particolari: fluido in quiete, legge di Stevino; fluido perfetto, equazioni di Eulero; flusso stazionario barotropico di fluido perfetto con forze di massa conservative, equazione di Bernoulli. Flusso a potenziale di fluido incomprimibile: equazione di Laplace. Filtrazione nei mezzi porosi saturi; legge di Darcy; tensore di permeabilità.
Fluidi Newtoniani e viscosità dinamica; legge di Newton della viscosità. Fluidi non-Newtoniani e principali modelli reologici: Bingham, pseudoplastico, dilatante. Viscosità apparente. Tissotropia dei fluidi. Misura sperimentale della viscosità, viscosimetro rotante a cilindro coassiale.
Teoria lineare delle onde: definizioni; formulazione analitica del BVP e soluzione del problema linearizzato.
Condizioni di profondità relativa: acqua profonda, acqua bassa, acqua intermedia. Celerità dell'onda e relazione di dispersione. Cinematica e traiettorie delle particelle liquide. Campo di pressione: pressione dinamica e fattore di risposta della pressione. Energia del moto ondoso: energia specifica e celerità di gruppo. Propagazione dell'onda lineare su batimetria cilindrica; condizioni di mild slope; shoaling (cenni sulla rifrazione). Cenni sui modelli spettrali ed applicazioni.
Descrizione Lagrangiana ed Euleriana del moto. Principali grandezze tensoriali che caratterizzano la cinematica del fluido. Stato di deformazione puntuale.
Richiami sull'analisi dello stato di tensione puntuale.
Volume di controllo e volume materiale; teorema del trasporto di Reynolds.
Equazioni fondamentali della meccanica di fluidi: equazione di continuità; equazione di bilancio della quantità di moto; conservazione dell'energia.
Formulazione matematica del problema dinamico per flusso isotermo di fluido Newtoniano.
Equazione di Navier-Stokes. Proprietà dei campi vettoriali conservativi.
Casi particolari: fluido in quiete, legge di Stevino; fluido perfetto, equazioni di Eulero; flusso stazionario barotropico di fluido perfetto con forze di massa conservative, equazione di Bernoulli. Flusso a potenziale di fluido incomprimibile: equazione di Laplace. Filtrazione nei mezzi porosi saturi; legge di Darcy; tensore di permeabilità.
Fluidi Newtoniani e viscosità dinamica; legge di Newton della viscosità. Fluidi non-Newtoniani e principali modelli reologici: Bingham, pseudoplastico, dilatante. Viscosità apparente. Tissotropia dei fluidi. Misura sperimentale della viscosità, viscosimetro rotante a cilindro coassiale.
Teoria lineare delle onde: definizioni; formulazione analitica del BVP e soluzione del problema linearizzato.
Condizioni di profondità relativa: acqua profonda, acqua bassa, acqua intermedia. Celerità dell'onda e relazione di dispersione. Cinematica e traiettorie delle particelle liquide. Campo di pressione: pressione dinamica e fattore di risposta della pressione. Energia del moto ondoso: energia specifica e celerità di gruppo. Propagazione dell'onda lineare su batimetria cilindrica; condizioni di mild slope; shoaling (cenni sulla rifrazione). Cenni sui modelli spettrali ed applicazioni.
Lingua Insegnamento
Italiano
Altre informazioni
Le dispense del corso sono scaricabili dalla piattaforma KIRO
https://elearning.unipv.it
https://elearning.unipv.it
Corsi
Corsi (2)
INGEGNERIA CIVILE
Laurea Magistrale
2 anni
INGEGNERIA PER L'AMBIENTE E IL TERRITORIO
Laurea Magistrale
2 anni
No Results Found