Dipartimento di Ingegneria Civile, dell'Energia, dell'Ambiente e dei Materiali - Università Mediterranea di Reggio Calabria - Didattica

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COMPLEMENTI DI IDRAULICA E IDRAULICA MARITTIMA

Corso

Ingegneria Civile

Curriculum

PROGETTAZIONE DI STRUTTURE CIVILI, DI INFRASTRUTTURE IDRAULICHE E DI SISTEMI PER LE ENERGIE RINNOVABILI

Orientamento

Orientamento unico

Anno Accademico

2021/2022

Crediti

Settore Scientifico Disciplinare

ICAR/01

Anno

Primo anno

Unità temporale

Primo semestre

Ore aula

Attività formativa

Attività formative a scelta dello studente (art.10, comma 5, lettera a)

Canale unico

Docente

PASQUALE GIUSEPPE FILIANOTI

Obiettivi

L’obiettivo è impartire i concetti fisico-matematici alla base dell’interazione tra moti fluidi e corpi solidi, con particolare riferimento ai moti a potenziale. Tra questi, vengono studiate sia le correnti sia i moti ondosi superficiali, ricavando per entrambi le equazioni di equilibrio tipicamente usate nella meccanica dei fluidi (equilibrio della massa, della quantità di moto, bilancio energetico). L’approccio utilizzato è quello integrale.
I concetti di Idraulica e Idraulica Marittima introdotti nella prima parte del Corso vengono applicati allo studio dei principi di conversione dell’energia idraulica. Si prendono a riferimento due tipologie di impianti: il micro e mini idroelettrico e gli impianti a colonna d’acqua oscillante (OWC). I primi sono impianti che si sono sviluppati in oltre un secolo di storia. I secondi sono apparsi da poco più di un decennio e non sono ancora entrati nella fase industriale, ma possiedono un notevole potenziale di sviluppo. Il confronto fra le due diverse tecnologie consentirà all’allievo di cogliere le differenze tra una tecnologia matura ed una ancor in fase di sviluppo.

Programma

1) Moti a potenziale

Funzione potenziale di velocità e funzione di corrente; Moti a potenziale, equazione di continuità, teorema di Bernoulli; le equazioni differenziali di un moto irrotazionale a superficie libera; funzione complessa di velocità e sue proprietà; Potenziale di velocità per un moto ondoso superficiale nella logica di Stokes al primo ordine. Velocità orbitale, accelerazione e fluttuazione di pressione. Fenomeno della riflessione delle onde periodiche.

2) Analisi globale del campo di moto
Equazioni di bilancio per un volume di controllo: bilancio della massa, della quantità di moto, dell’energia. Applicazione delle equazione di controllo a cielo aperto. Il tensore radiation stress; il flusso unitario medio di energia; energia unitaria media e relative espressioni per le onde progressive; la celerità di gruppo. Calcolo delle forze scambiate tra fluido e corpi solidi. Il problema del volume di controllo esteso dal largo ai bassi fondali: espressione dello shoaling-rifrazione e condizioni di frangimento.

3) Analisi statistico – deterministica
Analisi omnidirezionale del moto ondoso, la funzione di probabilità di superamento omnidirezionale P(Hsh), significato fisico dei parametri della distribuzione di Weibull, la funzione di probabilità di superamento direzionale
Corollario del problema di Rice: il periodo medio delle onde.

4) Onde generate dal vento
Teoria degli stati di mare, forma matematica per gli spettri delle onde di vento, relazione tra periodo di picco dello spettro e altezza significativa. Distribuzione dell’energia generata dalle onde in mare aperto e relative applicazioni a varie località. Determinazione del clima ondoso sottocosta a partire dal clima ondoso al largo.

5) Generazione di energia da micro e mini idroelettrico
Impianti a bacino e ad acqua fluente. Calcolo delle potenzialità idroelettriche di un sito. Opere d'adduzione a monte delle condotte forzate - condotte forzate – Scelta della macchina motrice. di Regolazione degli impianti.

6) Interazione tra onde e un assorbitore di energia ondosa
Impianti a colonna d’acqua oscillante (OWC); I moti di acqua e aria all’interno dell’impianto; Trasformazione dell’energia idraulica in energia elettrica; La catena dei rendimenti. Cenni alle tecniche di calcolo CFD per lo studio fluidodinamico bidimensionale dell’interazione onde-impianto.

Testi docente

Boccotti P. Wave Mechanics and Wave Loads on Marine Structures. 2014. Butterworth-Heinemann. Elsevier. ISBN: 012800343X.

G. Evangelisti. Impianti idroelettrici vol.2 - Centrali idroelettriche. 1900. Patron Editore, Bologna. ISBN-13: 978-8855502016.

E. Mattioli. Aerodinamica. 1994. Levrotto e Bella. Torino. ISBN-13: 978-8882180294.

C. A. Brebbia, Telles, J. C. F., Wrobel, L. C. Boundary Element Techniques: Theory and Applications in Engineering. 2012. Springer. ASIN: B010WFFXF4.

Erogazione tradizionale

Sì

Erogazione a distanza

Sì

Frequenza obbligatoria

Valutazione prova scritta

Sì

Valutazione prova orale

Sì

Valutazione test attitudinale

Valutazione progetto

Valutazione tirocinio