La dispersione nei corsi d’acqua: concetti fondamentali

Presentazione sul tema: "La dispersione nei corsi d’acqua: concetti fondamentali"— Transcript della presentazione:

1 La dispersione nei corsi d’acqua: concetti fondamentali

2 Come un fenomeno convettivo diventa diffusivo
Diffusione molecolare (proprietà di sostanza-fluido) Oscillazioni termiche valori tipici in acqua ~ 10-5 cm2/s = 10-9 m2/s in aria ~ 10-5 m2/s 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)

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

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

5 Fasi del mescolamento nei corsi d’acqua

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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