Αστικά Υδραυλικά Έργα

ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο σπουδαστής / τρια θα :

• κατανοεί τις βασικές ιδιότητες του νερού ως ρευστού (πχ., την εξάρτηση των βασικών ιδιοτήτων του νερού από την θερμοκρασία).
• αντιλαμβάνεται την διαφορά ανάμεσα στις διαστάσεις και στις μονάδες φυσικών μεγεθών στην Υδραυλική.
• γνωρίζει τη διαφορά ανάμεσα σε δίκτυα πίεσης (ύδρευση, άρδευση) και σε δίκτυα βαρύτητας (αποχέτευση όμβριων και ακαθάρτων).
• κατανοεί τις έννοιες υδροστατική πίεση, διάγραμμα υδροστατικών πιέσεων, υδροστατική δύναμη και θέση εφαρμογής της,
• κατανοεί τις αρχές διατήρησης της μάζας (αρχή της συνέχειας) και διατήρησης της ενέργειας (θεώρημα Bernoulli), και τον τρόπο εφαρμογής τους σε προβλήματα υδραυλικής.
• αντιλαμβάνεται την λειτουργία ενός υδραγωγείου καθώς και των επιμέρους έργων που το συγκροτούν. Επίσης, θα κατανοεί τον όρο «παραδοχές της μελέτης».
• γνωρίζει τι απαιτεί η υδραυλική επίλυση και υδραυλικοί υπολογισμοί προκειμένου για έναν μεμονωμένο σωλήνα ή ένα υδραυλικό δίκτυο.
• γνωρίζει τι περιλαμβάνει ένα σχέδιο οριζοντιογραφίας ενός δικτύου πίεσης και ένα σχέδιο μηκοτομής ενός αγωγού βαρύτητας.
• συνεργάζεται με συμφοιτητές του/της για την εκπόνηση σχετικών μελετών. Επίσης, θα έχει εξασκηθεί στην χρήση του MATLAB.

 

Γενικές Ικανότητες

• Σχεδιασμός και διαχείριση έργων
• Αυτόνομη εργασία
• Ομαδική εργασία

 

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Θεωρητικό μέρος μαθήματος

Το θεωρητικό μέρος του μαθήματος περιλαμβάνει τόσο τις ροές υπό πίεση όσο και τις ροές με ελεύθερη επιφάνεια και γι’ αυτό η ανάπτυξη που γίνεται κυρίως στις ροές βαρύτητας με ελεύθερη επιφάνεια (ανοιχτοί αγωγοί) είναι περιορισμένη. Η έμφαση δίνεται στα αστικά υδραυλικά δίκτυα ενώ παρουσιάζονται συνοπτικά και τα έργα υδραγωγείου όπως τα έργα υδροσυλλογής, ταμίευσης, μεταφοράς και καθαρισμού του νερού.

Το θεωρητικό μέρος του μαθήματος περιλαμβάνει και μία άσκηση πράξης, με αντικείμενο τη διερεύνηση μέσω ενός virtuallab αποτελούμενου από 2 m-files (MATLABscripts) των βασικών τύπων ροής που αναπτύσσονται σε ροή σε σωλήνα μέσω της σχέσης των μεγεθών: παροχή, διάμετρος και τραχύτητα του σωλήνα, και του πως αυτές οι σχέσεις διέπουν την απώλεια φορτίου (ενέργειας). Αναλυτικότερα:

• Φυσικά Μεγέθη, διαστάσεις και μονάδες. Συστήματα μονάδων. Το μετρικό σύστημα, θεμελιώδη και παράγωγα μεγέθη. Μετατροπές μονάδων. Ιδιότητεςτωνρευστών.
• Αστικά Υδραυλικά έργα: Παρουσίαση των υδραυλικών δικτύων των πόλεων, δίκτυα ύδρευσης, δίκτυα αποχέτευσης ομβρίων και δίκτυα αποχέτευσης ακαθάρτων. Εγκαταστάσεις καθαρισμού. Υδραγωγείο πόλης και τα έργα που το απαρτίζουν. Μέθοδοι πρόβλεψης αύξησης του πληθυσμού και εκτίμηση αναγκών σε νερό.
• Η ατμοσφαιρική πίεση. Η συνεκτικότητα στα υγρά και ο ορισμός της. Το πείραμα του Toricelli. Υδροστατική: Τα θεωρήματα του Αρχιμήδη. Το θεώρημα του Πασκάλ.
• Υδροστατική 2: Εφαρμογές: μανόμετρα και μανομετρικοί σωλήνες. Διάγραμμα πιέσεων σε υδατοφράκτη. Γεωμετρική ολοκλήρωση του διαγράμματος και υπολογισμός δύναμης. Σημείοεφαρμογής δύναμης.
• Εισαγωγή στην κίνηση των υγρών. Διάκριση επιταχύνσεων (τοπική και μεταθετική). Τύποι ροών. Υπενθύμιση των νόμων του Νεύτωνα. Θεώρημα διατήρησης της ενέργειας (Bernoulli). Εξαγωγή του θ. Bernoulli από τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα. Οι τρεις όροι του θ. Bernoulli, οι διαστάσεις τους και η ονομασία τους. Εφαρμογές: Μετρήσεις ταχυτήτων, πιέσεων και παροχών.
• Στρωτή και τυρβώδης ροή. Αριθμός Reynolds. Εισαγωγή στα θέματα ροών σε σωλήνες και απωλειών φορτίου (γραμμικές και τοπικές). Απώλειες φορτίου σε ροή σε σωλήνες, η εξάρτηση από τον αριθμό Reynolds και την τραχύτητα του σωλήνα. Το διάγραμμα Moody και η χρήση του. Ο τύπος Hazen-Williams για τον υπολογισμό των απωλειών φορτίου.
• Παρουσίαση και επεξήγηση της άσκησης πράξης και της χρήσης των 2 m-files.
• Ροή με ελεύθερη επιφάνεια. Τύποι ροής (μόνιμη, ομοιόμορφη). Ο τύπος τουManning.
• Ροή με ελεύθερη επιφάνεια 2. Προφίλ ροής. Εφαρμογές.

 

Εργαστηριακό μέρος μαθήματος

Οι εργαστηριακές ασκήσεις έχουν ως σκοπό να βοηθήσουν τους φοιτητές/τριες στην κατανόηση και αντιμετώπιση προβλημάτων ως εφαρμογές που προκύπτουν από το θεωρητικό υπόβαθρο του αντικειμένου και εστιάζονται:

1. Στην εκτίμηση αναγκών σε νερό μιας πόλης με βάση το πολεοδομικό της σχέδιο.
2. Στην επίλυση απλού δενδριτικού δικτύου ύδρευσης με Hazen-Williams και την παραγωγή οριζοντιογραφίας του δικτύου ύδρευσης.
3. Στην επίλυση κεντρικού συλλεκτήριου αγωγού ακαθάρτων με Manning και την παραγωγή μηκοτομής του αγωγού.

 

Μέθοδος Αξιολόγησης

• Γραπτή εξέταση στο τέλος του εξαμήνου (Ασκήσεις πολλαπλής επιλογής, σύντομης ανάπτυξης και επίλυσης προβλημάτων)
• Αξιολόγηση κατ’ οίκον εργασίας (ανάπτυξη θεωρητικού θέματος και σχολιασμού επιστημονικής αρθρογραφίας
• Αξιολόγηση εργαστηριακής εργασίας (σταδιακή ανάπτυξη θέματος διαχείρισης και ανάλυσης σε περιβάλλον ΣΓΠ)
• Προφορική παρουσίαση εργασίας (παρουσίαση με ΤΠΕ του θεωρητικού θέματος)

 

ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. ΥΔΡΑΥΛΙΚΗ 2 τόμοι, Daugerty – Franzini. Εκδόσεις Φούντας
2.  Στοιχεία Φυσικής Υδρολογίας, G. Hornberger et al. Εκδόσεις ΙΩΝ, 2014. Μετάφραση- Επιμέλεια Σ.Η.Καραλής
3.  Τερζίδης, Γ.Α., «Μαθήματα Υδραυλικής 2:Κλειστοί Αγωγοί», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη, 1997.
4. Giles, R.V., «Μηχανική των Ρευστών και Υδραυλική», 2η έκδοση, McGraw-Hill, New York, ΕΣΠΙ ΕΚΔΟΤΙΚΗ, Αθήνα, 1998.
5.  Κωτσόπουλος Σ., «Υδρεύσεις», Εκδόσεις Ίων, 2013.

 

Συναφή επιστημονικά περιοδικά

1. International Journal of Hydropower & Dams, Aqua Media International, Ltd.
2. Water Science and Technology: Water Supply, IWA Publishing