Obiettivi Formativi

Partendo da alcuni concetti della meccanica dei fluidi, l’insegnamento dell'Idraulica intende fornire agli allievi ingegneri del Corso di Laurea in Ingegneria Civile e Sistemi Edilizi non solo le basi teoriche del calcolo, ma anche le indicazioni necessarie all’applicazione dei concetti esposti. Infatti, ad ogni nuova rappresentazione di nozioni fondamentali, per quanto possibile rigorosa e concisa, seguirà l’esposizione di esempi applicativi di interesse ingegneristico, con particolare attenzione verso il raggiungimento del risultato numerico finale, anche allo scopo di sensibilizzare gli allievi circa i valori che le variabili in gioco possono assumere nei casi più comuni.

Learning Goals

Based on some concepts of fluid mechanics, the Hydraulics Course is aimed at providing to engineering students of the Degree in Civil Engineering and Building Systems not only the theoretical basis of the calculation, but also the necessary information for the application of the addressed concepts. In fact, for each new representation of fundamentals, as far as possible rigorous and concise, the presentation of applicative examples of engineering interest will follow, with particular attention to the achievement of the final result, also in order to raise awareness among students about the values that the variables can assume in the most common cases.

Metodi didattici

Il corso prevede l’erogazione di 36 ore di didattica frontale e 24 ore di esercitazioni in aula. Durante le esercitazioni gli studenti dovranno essere muniti di calcolatrice ed eseguire le applicazioni pratiche fino al raggiungimento del risultato numerico finale.

Teaching Methods

The course is based on 36 hours of frontal lectures and 24 hours of tutorials. During the execution of the tutorials students should bring their calculators and carry out the schoolwork until they reach the final result.

Prerequisiti

Per poter frequentare utilmente il corso di Idraulica I è fondamentale avere i prerequisiti fisico-matematici di base, che verranno applicati con continuità nell’ambito sia delle lezioni teoriche che delle applicazioni pratiche.

Prerequisites

In order to usefully attend the course of Hydraulics is essential to have the basic physical-mathematical prerequisites, which will be applied continuously during both lectures and practical applications.

Verifiche dell'apprendimento

L’esame prevede una prova scritta ed una prova orale cui è possibile accedere solo previo superamento della prova scritta. Gli studenti che seguono con continuità il corso potranno svolgere delle prove in itinere il cui superamento consente di non sostenere la prova scritta. E’ indispensabile prenotarsi almeno tre giorni prima della data della prova scritta tramite il sistema ESSE3.

Assessment

The exam is made of a written examination and an oral discussion. The latter can be endorsed only if the written examination has been passed. Students who attend the course can carry out some intermediate tests. If they pass all the intermediate tests, they can skip the final written examination. It is necessary to register for the exam at least three days before the written test by using ESSE3 system.

Programma del Corso

1. Introduzione al corso 2. I fluidi e le loro proprietà. Definizione di fluido. I fluidi come sistemi continui. Sforzi nei sistemi continui. Proprietà meccaniche dei fluidi e unità di misura. Densità e peso specifico. Comprimibilità. Tensione superficiale. Viscosità. Fluidi non-newtoniani. Assorbimento dei gas. 3. Statica dei fluidi. Sforzi interni nei fluidi in quiete. Equazione indefinita della statica dei fluidi. Equazione globale dell’equilibrio statico. Statica dei fluidi pesanti incomprimibili. Misura della pressione. Spinta su una superficie piana. Spinta su superfici curve. Spinta sopra corpi immersi. Galleggiamento. Fluidi di piccolo peso specifico. 4. Cinematica dei fluidi. Approccio lagrangiano ed euleriano. Velocità e accelerazione. Rotazione e deformazione. Elementi caratteristici del campo di moto. Moto permanente, moto uniforme. Regimi di moto: moto laminare e moto turbolento. Conservazione della massa fluida. Equazione di continuità in forma differenziale. Equazione di continuità in forma integrale. Equazione di continuità per le correnti. 5. Equazioni fondamentali dell’idrodinamica. Equazione indefinita del movimento. Equazione globale dell’equilibrio dinamico. Applicazioni: spinta di un getto su una piastra; spinta sopra una curva di una tubazione. 6. Il teorema di Bernoulli. Generalità - Distribuzione della pressione nel piano normale. Correnti lineari. Il teorema di Bernoulli. Interpretazione geometrica ed energetica. Applicazioni: processi di efflusso, venturimetro, tubo di Pitot, eliche. Estensione al moto vario. Estensione ai fluidi reali. Potenza di una corrente in una sezione. Estensione del teorema di Bernoulli ad una corrente. Relazione fra i coefficienti di ragguaglio. Scambio di energia fra una corrente e una macchina - Estensione del teorema di Bernoulli ai moti irrotazionali. 7. Equazioni del moto dei fluidi reali. Generalità. Le equazioni di Navier-Stokes per i fluidi viscosi. Equazione globale di equilibrio. Azione di trascinamento di una corrente. 8. Correnti in pressione. Generalità sul moto uniforme. Moto laminare. Caratteristiche generali del moto turbolento: grandezza turbolente e valori medi. Sforzi tangenziali viscosi e turbolenti. Ricerche sul moto uniforme turbolento. Analisi dimensionale. Teorema di Buckingham. Moto nei tubi lisci. Moto nei tubi scabri. Formule pratiche. Perdite di carico localizzate. Brusco allargamento. Perdite di sbocco, di imbocco e di brusco restringimento. Convergenti e divergenti. Altri tipi di perdite. Dispositivi di strozzamento. Calcolo idraulico di una condotta. Correnti in depressione.

Course Syllabus

1. Introduction to the course. 2. Fluids and their properties. Definition of fluid. Fluid as a continuum medium. Stresses in continuum media. Mechanical properties of fluids and their measurement units. Density and specific weight. Compressibility. Surface tension. Viscosity. Non newtonian fluids. Gas absorption. 3. Fluid statics. Internal stresses in fluids at rest. Equilibrium equation for fluid statics in differential and integral form. Statics of heavy incompressible fluids. Pressure measurement. Pressure forces on a plane surface. Pressure forces on a curve surface. Pressure forces on immersed bodies. Buoyancy. Small specific weight fluids. Heavy compressible fluid statics. Relative equilibrium. 4. Fluid kinematics. Lagrangian and eulerian approaches. Velocity and acceleration. Rotation and deformation. Characteristic elements of flow field. Steady and uniform flow. Flow regimes: laminar and turbulent flows. Mass conservation equation. Continuity equation in differential and integral form. Continuity equation for a current. 5. Fundamental equations of fluid mechanics. Differential and integral momentum equation. Applications: jet force over a slab, force over a curve. 6. Bernoulli equation: pressure distribution on the normal plane. Linear currents. Geometric and energetic interpretation. Applications: outflow processes, Pitot tube, venturimeter. Extension to un steady flows. Extension to viscous fluids. Current power in a section. Extension of Bernoulli equation to a current. Comparison coefficients. Energy exchange between a current and a machine. Extension of Bernoulli equation to irrotational flows. 7. Dimensional analysis and similitude. Buckingham theorem. Reynolds and Froude similitudes. Models. 8. Irrotational flows. Meaning and approaches for irrotational flows. 9. Boundary layer and current separation. Boundary layer on a flat plate. Approximation for boundary layer study. 10. Viscous fluid equations. Navier Stokes equations. Integral equilibrium equation. Current drag. 11. Steady flow in pipes. Generalities on uniform flows. Laminar flow. General characteristics of turbulent flow: turbulent quantities and average values. Viscous and turbulent stresses. Researches on uniform turbulent flow. Dimensional analysis. Flow in smooth pipes. Flow in rough pipes. Practical formulae. Localized energy dissipations. Abrupt enlargement. Outlet, inlet, abrupt compression. Convergent and divergent pipes. Other localized energy dissipations. Hydraulic calculation of a pipe. Current in depression.