Idraulica Ambientale

Codice: 05724
SSD: ICAR/01

L’Insegnamento, che dà diritto a 9 crediti formativi, si tiene al I Semestre del I Anno del Corso di Studi. Viene svolto in 40 ore di lezione e 32 ore di esercitazione; l’attività didattica si svolge con lezioni ed esercitazioni numeriche con tesine di approfondimento. L’insegnamento non prevede alcuna propedeuticità. L’esame consiste in un colloquio finale.

Obiettivi formativi:

Si intende far acquisire agli allievi i concetti fondamentali dell’Idraulica Ambientale, quali quelli di advezione, diffusione, dispersione, reazione, processi alle interfaccia ambientali, con le relative equazioni di trasporto e trasformazione, all’interno di un fluido naturale.

Contenuti:

1. Processi, sostanze, grandezze e metodi dell’Idraulica Ambientale. Cenni alla legislazione sulla qualità dei corpi idrici superficiali 2. Cinematica dei Fluidi: approccio euleriano ed approccio lagrangiano, classificazioni del moto, deformazioni in un fluido 3. Leggi di conservazione: teoremi di trasporto, conservazione della massa, della quantità di moto e dell’energia, equazione di Navier-Stokes, analisi di scala delle leggi di conservazione. 4. Turbolenza: caratteristiche della turbolenza, teoria di Kolmogorov, equazione di Navier-Stokes mediata alla Reynolds, viscosità turbolenta, modelli di turbolenza, cenni su DNS e LES, legge di parete 5. Strato limite: concetto di strato limite, strato limite laminare e turbolento. Strato limite di concentrazione 6. Advezione e diffusione: diffusione molecolare, equazione del trasporto diffusivo, equazione della diffusione advettiva, numero di Peclet, alcune soluzione particolari dell’equazione della diffusione advettiva. 7. Diffusione turbolenta e dispersione: la turbolenza negli ambienti naturali, equazione della diffusione turbolenta, zone di mescolamento in un fiume, coefficienti di mescolamento verticale e trasversale, dispersione longitudinale secondo Taylor, equazione della dispersione advettiva, coefficiente di dispersione longitudinale, trasporto in alvei con zone morte, misure con traccianti. 8. Trasformazioni fisiche, chimiche biologiche nell’Idraulica Ambientale: cinetica delle reazioni, equazione della diffusione advettiva per sostanze reattive. 9. Processi di trasporto alle interfaccia ambientali: reaerazione e volatilizzazione in un corpo idrico, ingresso di aria in correnti turbolente, cenni sulla interazione fra una corrente idrica ed un letto poroso. 10. La circolazione nei laghi. L’impiego di modelli matematici e di tecniche CFD nei problemi dell’Idraulica Ambientale, esempi applicativi.

Materiale Didattico:

C.Gualtieri: Appunti di Idraulica Ambientale – CUEN, 2006

Per eventuali approfondimenti, si segnalano i seguenti testi:

Chanson H., Environmental Hydraulics of Open Channel Flows, Butterworth-Heinemann, London, UK, 2004

C.Gualtieri and D.T.Mihailovic (Eds), Fluid Mechanics of Environmental Interfaces 2^nd Edition, pp.498, CRC Press/Balkema, Leiden, The Netherlands, 2012

D.T.Mihailovic and C.Gualtieri (Eds), Advances in Environmental Fluid Mechanics, pp.348, World Scientific, Singapore, 2010