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La dispersione nei corsi dacqua: concetti fondamentali.

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Presentazione sul tema: "La dispersione nei corsi dacqua: concetti fondamentali."— Transcript della presentazione:

1 La dispersione nei corsi dacqua: concetti fondamentali

2 Come un fenomeno convettivo diventa diffusivo Turbolenza (moto convettivo caotico) Diffusione turbolenta (proprietà del campo di moto, e non del fluido) per tempi sufficientemente lunghi (maggiori della scala integrale della turbolenza) Moto convettivo non uniforme + diffusione ortogonale al moto Dispersione (meccanismo combinato) per tempi sufficientemente lunghi (maggiori della scala caratteristica della diffusione ortogonale) Oscillazioni termiche Diffusione molecolare (proprietà di sostanza-fluido) valori tipicivalori tipici in acqua ~ cm 2 /s = m 2 /s in aria ~ m 2 /s

3 Dispersione: descrizione fenomenologica Modello lagrangiano: segue le particelle componente deterministica (campo di moto assegnato) componente casuale (turbolenza o oscillazione termica) y u(y) moto convettivo non uniforme distorce la nuvola lungo x x diffusione ortogonale ricompatta la nuvola lungo y dispersione diffusione incrementata lungo x

4 concentrazione C(x) particelle nel dominio x,y C(y) zoom x y particelle Simulazione numerica x y

5 Fasi del mescolamento nei corsi dacqua

6 Mescolamento in alvei naturali ip. alveo largo, acqua bassa (B>>Y) z y B Y il mescolamento verticale è molto più rapido del mescolamento trasversale tempi-scala

7 Fasi del mescolamento scarico mescolamento verticale completato mescolamento trasversale completato campo vicino: modello 3D, diffusione turbolenta (e molecolare) campo intermedio: modello 2D (mediato sulla verticale), dispersione e diffusione turbolenta (e molecolare) campo lontano: modello 1D (mediato sulla sezione), dispersione (e diffusione turbolenta e molecolare) Lunghezze caratteristiche: mix verticale campo vicino mix trasversale campo intermedio campo lontano

8 alveo rettangolare largo Ipotesi: corrente monodirezionale Medie sulla verticale Medie sulla sezione Modello a coefficienti costanti

9 Dispersione: meccanismi fisici Campo intermedio Campo lontano longitudinale trasversale profilo verticale di velocità u(z) (logaritmico) + diffusione turbolenta verticale D z T profilo verticale di velocità v(z) (circolazioni secondarie, legate alla morfologia del corso dacqua) + diffusione turbolenta verticale D z T profilo trasversale di velocità u(y) (morfologia corso dacqua) + diffusione-dispersione trasversale D y T +K y z x z y y x Y Y B (in realtà lo spostamento convettivo trasversale di solito è trascurabile)

10 Dispersione: coefficienti Campo intermedio Campo lontano (dispersione) longitudinale tipologia alvei: rettilinei con opere di sponda meandriformi fortemente meandriformi (dispersione) longitudinale trasversale diff. turbolenta: Elder (1959): diff. turbolenta: stime empiriche: Fischer (1975):

11 Sintesi delle soluzioni (modello a coefficienti costanti, sezione rettangolare)

12 z y B Y puntuale z y B Y diffusore verticale z y B Y diffusore trasversale z y B Y distribuito sulla sezione istantaneocostante Modalità di scarico

13 Scarico istantaneo puntuale Campo vicino Campo intermedio Campo lontano (dispersione) media sulla verticale media sulla sezione in tenendo conto delle sorgenti immagine valore puntuale

14 Scarico istantaneo con diffusore trasversale Campo vicino Campo intermedio Campo lontano (dispersione) media sulla verticale media sulla sezione in tenendo conto delle sorgenti immagine valore puntuale

15 Scarico istantaneo con diffusore verticale Campo vicino Campo intermedio Campo lontano (dispersione) media sulla verticale media sulla sezione tenendo conto delle sorgenti immagine valore puntuale in (dispersione)

16 Scarico istantaneo con mescolamento sulla sezione Campo vicino Campo intermedio Campo lontano (dispersione) media sulla verticale media sulla sezione valore puntuale

17 Scarico costante puntuale Campo vicino Campo intermedio Campo lontano media sulla verticale media sulla sezione in tenendo conto delle sorgenti immagine valore puntuale (dispersione)

18 Scarico costante con diffusore trasversale Campo vicino Campo intermedio Campo lontano media sulla verticale media sulla sezione in tenendo conto delle sorgenti immagine valore puntuale

19 Scarico costante con diffusore verticale Campo vicino Campo intermedio Campo lontano media sulla verticale media sulla sezione tenendo conto delle sorgenti immagine valore puntuale in (dispersione)

20 Scarico costante con mescolamento sulla sezione Campo vicino Campo intermedio Campo lontano media sulla verticale media sulla sezione valore puntuale


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