Appunti VERIFICATO
Correnti a pelo libero
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Di cosa parla
- Concetti Generali:
- Introduzione alle correnti a pelo libero, caratterizzate da una superficie libera e isobarica.
- Assunzioni di studio: moto a grande scala, gradualmente variato e unidimensionale.
- Definizione di carico totale (H) ed energia specifica (E = y + αV²/(2g)) rispetto al fondo dell'alveo.
- Analisi della curva dell'energia specifica E(y), identificando la profondità critica (yc) come punto di minima energia per una data portata.
- Classificazione delle correnti in “lente” (subcritiche, y > yc, V < Vc) e “veloci” (supercritiche, y < yc, V > Vc).
- Per una data energia specifica, la curva di portata Q(y) presenta un massimo in corrispondenza della profondità critica.
- Moto Uniforme e Classificazione dell'Alveo:
- Definizione di moto uniforme e applicazione della legge di Chézy (Vo = χ√Rif o C√gRif).
- Determinazione della pendenza critica (ic), dipendente dalla portata e dalle caratteristiche del canale.
- Classificazione degli alvei in base alla pendenza: “debole” (if < ic, yo > yc) o “forte” (if > ic, yo < yc).
- Dinamica del Flusso e Perturbazioni:
- Descrizione del carattere cinematico del flusso, inclusa la celerità assoluta (a) e relativa (c) di piccole perturbazioni (c = ±√gy).
- Nelle correnti lente, le perturbazioni si propagano sia a monte che a valle; nelle correnti veloci, solo a valle.
- Introduzione del numero di Froude (Fr = V/√gy) come parametro adimensionale chiave per la classificazione del flusso: Fr < 1 (subcritico), Fr > 1 (supercritico), Fr = 1 (critico).
- Profili di Moto Gradualmente Variato:
- Derivazione dell'equazione differenziale del profilo del pelo libero (dy/dx = (if - J) / (1 - Q²/(gΩ³B))) dai principi di conservazione di massa ed energia.
- Analisi dei profili di moto gradualmente variato (tipi D per alvei a debole pendenza: D1-rigurgito, D2-richiamo, D3; tipi F per alvei a forte pendenza: F1, F2, F3), descrivendone la forma e il comportamento.
- Risalto Idraulico:
- Spiegazione del risalto idraulico come transizione discontinua da corrente veloce a lenta, con significativa dissipazione energetica e formazione di un vortice.
- Utilizzo dell'equazione della quantità di moto (S1 = S2) per determinare le profondità coniugate (y1, y2).
- Discussione della dissipazione di energia e delle diverse forme di risalto in base al numero di Froude a monte.
- Applicazioni e Argomenti Avanzati:
- Esempi di calcolo per profondità critica e uniforme e tracciamento dei profili di flusso.
- Analisi degli effetti di soglie di fondo e restringimenti (paratoie, pile di ponte) sui profili di flusso e sulla localizzazione del risalto.
- Trattazione del flusso in canali curvi, sezioni composite (letto di magra e golene) e inizio del trasporto solido (diagramma di Shields).
- Introduzione ai principi della modellistica idraulica, inclusa la scala geometrica e le leggi di similitudine (Froude e Reynolds), evidenziando le difficoltà nel soddisfare entrambi i criteri simultaneamente.