Nozioni introduttive,
La diffusione molecolare.
La diffusione turbolenta.
La dispersione idrodinamica.
Processo di mescolamento negli alvei naturali.
Processi di mescolamento dei soluti reattivi.
Heidi Nepf. 1.061 Transport Processes in the Environment. Fall 2008. Massachusetts Institute of Technology: MIT OpenCourseWare, https://ocw.mit.edu. License: Creative Commons BY-NC-SA.
Seminara G. & Tubino M., “Appunti di Idraulica Ambientale, Fondamenti sulla diffusione e dispersione di traccianti passivi”, Facoltà di Ingegneria, Università di Genova, 1996;
Seminara G. & Tubino M., “Appunti di Idraulica Ambientale”, Facoltà di Ingegneria, Università di Genova, 2005;
Socolofsky S.A. & Jirka G.H., “Special Topics in Mixing and Transport Processes in the Environment”, appunti del corso “Coastal and Ocean Engineering Division Texas A&M University”, 2005;
Fischer, J.L., Imberger, List, Koh and Brooks, “Mixing in Inland and Coastal waters”, Academic Press, 1976;
Obiettivi Formativi
Conoscenza dei fondamenti teorici per lo studio dei processi di trasporto di massa nei corsi d’acqua naturali ed artificiali.
Capacità di applicare le conoscenza acquisite a
semplici problemi ambientali connessi al mescolamento e smaltimento di inquinati nei corpi idrici superficiali.
Fornire le competenze necessarie per proseguire gli studi e provvedere autonomamente all'aggiornamento degli strumenti di indagine più avanzati nella materia e all'inquadramento della tematiche trattate nell'ambito dell'Ingegneria ambientale.
Prerequisiti
Conoscenze di base di Meccanica dei Fluidi/ Idraulica.
Metodi Didattici
Lezioni teoriche e esercitazioni.
Altre Informazioni
Il corso è disponibile sulla piattaforma Moodle.
Modalità di verifica apprendimento
L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati.
Lo studente consegnerà un elaborato nella forma di una presentazione in power point sul modello numerico 2D implementato. La presentazione dovrà illustrare gli obiettivi, le metodologie, i risultati ed un'analisi critica di quanto ottenuto.
L’esame consiste in una prova orale su tutti i temi trattati nel corso. La prova ha lo scopo di valutare lo studio della materia, la comprensione degli argomenti trattati e la capacità di collegare e confrontare i diversi aspetti sviluppati durante il corso.
Durante il colloquio verrà anche discusso l'elaborato sul modello numerico 2D allo scopo di valutare la padronanza dei metodi e degli strumenti utilizzati da parte dello studente.
La valutazione finale consiste in un voto, espresso in trentesimi, corrispondente ad un giudizio globale sulla prove d’esame. Indicativamente, il giudizio finale dipenderà per un 50% dalla valutazione dell’elaborato sul modello numerico; e per la restante parte dall’esito della prova orale sui temi trattati nel corso.
Programma del corso
Nozioni introduttive all’Idraulica Ambientale: tipologie di inquinanti; sorgenti e strategie di controllo; processi, scale e strumenti di analisi.
La diffusione molecolare: grandezze di base; La legge di Fick; l’equazione della diffusione molecolare per un fluido in quiete ed in moto; condizioni iniziali e al contorno delle equazioni della diffusione molecolare; la soluzione fondamentale 1D e l’applicabilità della sovrapposizione degli effetti; le soluzioni fondamentali 2D e 3D; alcune soluzioni notevoli. Influenza delle pareti: il metodo delle immagini.
La diffusione turbolenta: nozioni fondamentali sulla turbolenza; strumenti probabilistici per lo studio del moto turbolento; teoria della diffusione di Taylor (cenni); l’equazione della diffusione turbolenta ed i coefficienti di diffusività.
La dispersione idrodinamica: introduzione qualitativa del fenomeno; le equazioni fondamentali.
Processi di mescolamento in alvei naturali: concetti di base. Mescolamento nel campo vicino: applicabilità dello schema diffusivo; mescolamento verticale a valle di una sorgente trasversale. Mescolamento nel campo intermedio: equazione 2D della diffusione turbolenta; stima della diffusività turbolenta trasversale. Mescolamento nel campo lontano: equazione 1D della diffusione turbolenta; soluzione per la concentrazione nel campo lontano; stima del coefficiente di dispersione longitudinale; il metodo della nuvola congelata.
Processi di mescolamento dei soluti reattivi: aspetti generali; modellazione in un fluido in quiete (concentrazione dell’ossigeno disciolto, ossidazione del liquame e decadimento del BOD, il processo di riareazione, il bilancio di ossigeno); modellazione in un fluido in moto (decadimento del BOD, il bilancio di ossigeno).
Esercitazioni in laboratorio volte all'implementazione di un modello 2D su un tratto fluviale soggetto ad uno sversamento accidentale.