L'insegnamento dell'Idraulica fornisce agli allievi ingegneri le nozioni basilari della Meccanica dei Fluidi e gli strumenti di Idraulica Applicata, elementi indispensabili nell'ambito dell'Ingegneria per l'Ambiente e il Territorio e dell'Ingegneria Civile.
Il corso si propone di illustrare i principi fondamentali della meccanica dei fluidi e di dedurre le leggi che ne governano il moto, fornendo i fondamenti della modellistica fisica idraulica.
Principi Fondamentali e Applicazioni
Il programma del corso è suddiviso in diverse parti, che includono:
- Principi fondamentali della meccanica dei fluidi
- Applicazioni tipiche del moto uniforme nelle condotte
- Fenomeni localizzati
- Moto vario nelle condotte
Proprietà dei Fluidi e Cinematica
Nello studio della meccanica dei fluidi, è fondamentale comprendere le proprietà fisiche dei fluidi, quali:
- Caratteristiche distintive dei solidi, liquidi e gas
- Sforzi nei fluidi
- Comprimibilità
- Viscosità dinamica e cinematica
Inoltre, è essenziale analizzare la cinematica dei campi fluidi, considerando i regimi di movimento laminare, di transizione e turbolento, come evidenziato dall'esperienza di Reynolds e dal numero indice di Reynolds.
Si considerano anche il punto di vista euleriano e lagrangiano e diversi tipi di movimento: uniforme in senso forte e debole, permanente e vario.
Dinamica dei Fluidi e Moto nelle Condotte
La dinamica dei fluidi è cruciale per comprendere il comportamento dei fluidi in movimento. Il teorema di Bernoulli è uno strumento fondamentale in questo contesto. Si esaminano le applicazioni pratiche come:
- Efflusso da luce a battente posta sul fondo di un serbatoio
- Efflusso da una paratoia in un canale
- Efflusso di una vena libera in atmosfera da parete verticale
- Venturimetro e altri misuratori di portata deprimogeni
Indice di Resistenza
Nell'ambito del moto dei fluidi, un concetto chiave è l'indice di resistenza, che è strettamente legato alle perdite di carico localizzate e continue. La legge di Darcy-Weisbach è fondamentale per calcolare le perdite di carico nelle condotte.
L'indice di resistenza varia a seconda del regime di moto:
- Moto laminare
- Moto turbolento di transizione per condotto liscio
- Moto turbolento di transizione per condotto scabro
- Moto assolutamente turbolento
L'abaco di Moody è uno strumento utile per determinare l'indice di resistenza in funzione del numero di Reynolds e della scabrezza della condotta. L'equazione di Coolebrok-White fornisce un metodo per calcolare l'indice di resistenza in condizioni di moto turbolento di transizione e assolutamente turbolento.
Applicazioni Pratiche
La comprensione dell'indice di resistenza è fondamentale per la progettazione e la gestione di condotte, sia in serie che in parallelo, e di reti aperte di condotte. Questo include la progettazione di condotte con impianti di sollevamento e l'applicazione della formula di economia di Bresse.
Il moto vario nelle condotte in pressione, inclusi i fenomeni di colpo d’ariete, richiede un'attenta considerazione della sovrappressione e della celerità del colpo d'ariete, nonché delle formule di Michaud per la chiusura lenta e brusca.
Moto nei Canali
Il corso tratta anche il moto nei canali, analizzando la linea piezometrica e dell'energia, l'energia specifica rispetto al fondo, il raggio idraulico e le formule di Chézy. Si studiano i problemi di progetto nei canali, con particolare attenzione al criterio di economia e all'equazione dei profili di moto permanente.
Risalto Idraulico e Perturbazioni
Un altro aspetto importante è lo studio del risalto idraulico, con l'analisi dell'equazione delle altezze coniugate e dell'energia dissipata. Si considerano anche le perturbazioni nelle correnti veloci e lente e il loro impatto a monte e a valle.
Esercitazioni Pratiche
La parte esercitativa del corso prevede la risoluzione di problemi pratici riguardanti:
- Spinte idrostatiche su superfici piane e curve
- Teorema di Bernoulli e spinte dinamiche
- Progetto di condotte con varie formulazioni
- Reti aperte e chiuse
- Impianti di sollevamento
- Verifica delle condotte
- Progetto e verifica dei canali
- Profili di moto permanente
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