L’obiettivo dell’insegnamento di Idraulica Ambientale è quello di fornire conoscenze approfondite sulla dinamica dei flussi atmosferici e marini/oceanici a media e larga scala in presenza e assenza di stratificazione. L’insegnamento mira a sviluppare le competenze necessarie per lo sviluppo di schemi e modelli matematici idonei alla trattazione dei principali fenomeni di interesse per l'idraulica ambientale, nonché la comprensione dei modelli numerici e di laboratorio utilizzati per la simulazione di tali processi.
L’insegnamento fa parte del corso di studio magistrale in “Ingegneria Civile Per la Protezione dai Rischi Naturali”, che si ripropone di formare un ingegnere civile ad elevata qualificazione professionale negli ambiti della protezione del territorio e delle opere civili dai rischi idrogeologici e sismici.
Nel quadro di questo percorso, l’insegnamento mira a definire i modelli concettuali a complessità crescente per la rappresentazione dei flussi atmosferici e marini/oceanici.
Al termine del corso gli studenti saranno in grado di: comprendere la complessa dinamica dei flussi atmosferici e marini/oceanici che si possono sviluppare a differenti scale spaziali, in presenza e assenza di stratificazione; selezionare i modelli più appropriati per la simulazione delle diverse tipologie di flusso; interpretare, comprendere ed utilizzare i dati provenienti da esperimenti di laboratorio e/o simulazioni numeriche di flussi stratificati.
L’insegnamento fa parte del corso di studio magistrale in “Ingegneria Civile Per la Protezione dai Rischi Naturali”, che si ripropone di formare un ingegnere civile ad elevata qualificazione professionale negli ambiti della protezione del territorio e delle opere civili dai rischi idrogeologici e sismici.
Nel quadro di questo percorso, l’insegnamento mira a definire i modelli concettuali a complessità crescente per la rappresentazione dei flussi atmosferici e marini/oceanici.
Al termine del corso gli studenti saranno in grado di: comprendere la complessa dinamica dei flussi atmosferici e marini/oceanici che si possono sviluppare a differenti scale spaziali, in presenza e assenza di stratificazione; selezionare i modelli più appropriati per la simulazione delle diverse tipologie di flusso; interpretare, comprendere ed utilizzare i dati provenienti da esperimenti di laboratorio e/o simulazioni numeriche di flussi stratificati.
scheda docente
materiale didattico
Richiami di analisi vettoriale e tensoriale; Operatori differenziali; Tensore gradiente del campo di velocità, di deformazione e di rotazione.
Equazioni per i fluidi viscosi e turbolenti
Fluidi viscosi ed equazioni di Navier-Stokes; Moto turbolento, equazioni di Reynolds e tensore di Reynolds.
Equazioni per i fluidi in ambiente rotante
Sistemi di riferimento in moto relativo; Effetto dell’accelerazione centrifuga e dell’accelerazione di Coriolis; Equazioni per fluidi (continuità, di bilancio della quantità di moto, di stato, di bilancio dell’energia, di bilancio della salinità e dell’umidità) in un sistema di riferimento in moto relativo; Approssimazione di Boussinesq; Scale del moto; Numeri adimensionali; condizioni al contorno.
Effetti della rotazione dell’ambiente
Flussi geostrofici omogenei e con f-plane; Dinamica della vorticità; Moti ciclonici ed anticiclonici; Strato di Ekman sul fondo e strato di Ekman superficiale.
Oceano
Circolazione generale degli oceani; Qual è il motore della circolazione oceanica? Dinamica degli oceani a grande scala (Dinamica di Sverdrup); Correnti confinate dirette ad ovest; Circolazione termoalina; Circolazione abissale; Introduzione al Remote Sensing satellitare applicato al mare e agli oceani.
Atmosfera
L’atmosfera e lo strato limite atmosferico; Stabilità statica; stratificazione atmosferica; l’importanza del numero di Froude sulla stratificazione; Circolazione generale dell’atmosfera; Microfisica delle nubi; Formazione delle precipitazioni.
- B. Cushman-Roisin, 1994, Introduction to Geophysical Fluid Dynamics, Prentice Hall.
Programma
Richiami sui vettori e tensoriRichiami di analisi vettoriale e tensoriale; Operatori differenziali; Tensore gradiente del campo di velocità, di deformazione e di rotazione.
Equazioni per i fluidi viscosi e turbolenti
Fluidi viscosi ed equazioni di Navier-Stokes; Moto turbolento, equazioni di Reynolds e tensore di Reynolds.
Equazioni per i fluidi in ambiente rotante
Sistemi di riferimento in moto relativo; Effetto dell’accelerazione centrifuga e dell’accelerazione di Coriolis; Equazioni per fluidi (continuità, di bilancio della quantità di moto, di stato, di bilancio dell’energia, di bilancio della salinità e dell’umidità) in un sistema di riferimento in moto relativo; Approssimazione di Boussinesq; Scale del moto; Numeri adimensionali; condizioni al contorno.
Effetti della rotazione dell’ambiente
Flussi geostrofici omogenei e con f-plane; Dinamica della vorticità; Moti ciclonici ed anticiclonici; Strato di Ekman sul fondo e strato di Ekman superficiale.
Oceano
Circolazione generale degli oceani; Qual è il motore della circolazione oceanica? Dinamica degli oceani a grande scala (Dinamica di Sverdrup); Correnti confinate dirette ad ovest; Circolazione termoalina; Circolazione abissale; Introduzione al Remote Sensing satellitare applicato al mare e agli oceani.
Atmosfera
L’atmosfera e lo strato limite atmosferico; Stabilità statica; stratificazione atmosferica; l’importanza del numero di Froude sulla stratificazione; Circolazione generale dell’atmosfera; Microfisica delle nubi; Formazione delle precipitazioni.
Testi Adottati
- A. Cenedese, 2006, Meccanica dei fluidi ambientale, Mc Graw-Hill.- B. Cushman-Roisin, 1994, Introduction to Geophysical Fluid Dynamics, Prentice Hall.
Modalità Erogazione
Lezioni frontali, esercitazioni numeriche e di laboratorio, seminariModalità Valutazione
Prova orale, della durata di circa un'ora, con circa due domande di teoria ed una domanda sull'esercitazione svolta dallo studente.