Περιβαλλοντική Υδραυλική
Περιγραφή Μαθήματος:
Εισαγωγή: βασικές έννοιες και ορισμοί. Ρύπανση και διαδικασίες μεταφοράς ρύπων σε υδάτινους και αέριους αποδέκτες. Η μονοδιάστατη εξίσωση μοριακής διάχυσης: εξαγωγή και αναλυτικές λύσεις. Η μονοδιάστατη εξίσωση μετάθεσης-διάχυσης: εξαγωγή και αναλυτικές λύσεις. Ανάμιξη σε ποταμούς: τυρβώδης διάχυση και διασπορά. Φυσικές, χημικές και βιολογικές διεργασίες. Αριθμητικά μοντέλα προσομοίωσης ποιότητας νερών: αριθμητική επίλυση της μονοδιάστατης εξίσωσης διασποράς, εφαρμογή στη διασπορά ρύπου σε ποτάμι. Τυρβώδεις ανωστικές ροές: φλέβες, πλούμια, ανωστικές φλέβες. Διαχυτήρες, εφαρμογές στη διάθεση αποβλήτων. Σχεδιασμός συστήματος διάθεσης υγρών αποβλήτων.
- Εξάμηνο 9
- Ώρες διδασκαλίας 3
- Διδάσκοντες Αναστάσιος Στάμου (Συντονιστής) Hλίας Παπακωνσταντής
Απαιτούμενες Γνώσεις
Συνιστάται στους φοιτητές να έχουν τις βασικές γνώσεις Μηχανικής Ρευστών και Εφαρμοσμένης Υδραυλικής.Κεφάλαια Μαθήματος
| # | Τίτλος | Διδακτέα Ύλη | Ώρες |
|---|---|---|---|
| 1 | Εισαγωγή | Εισαγωγή: βασικές έννοιες και ορισμοί. Πρακτικά προβλήματα περιβαλλοντικής ρευστομηχανικής. Ρύπανση και διαδικασίες μεταφοράς ρύπων σε υδάτινους και αέριους αποδέκτες. Το κοντινό και το μακρινό πεδίο. Η επίδραση του πεδίου ροής στη ρύπανση, οι βασικές εξισώσεις ροής που περιγράφουν την υδροδυναμική συμπεριφορά (εξισώσεις πεδίου ροής) και τη ρύπανση (εξισώσεις ποιοτικών χαρακτηριστικών) και τα αντίστοιχα μαθηματικά μοντέλα. | 1Χ3=3 |
| 2 | Μονοδιάστατη εξίσωση μετάθεσης-διάχυσης και αναλυτικές λύσεις. | Μοριακή διάχυση. Η μονοδιάστατη εξίσωση μοριακής διάχυσης: εξαγωγή της με βάση το νόμο του Fick και αναλυτικές λύσεις. Η μονοδιάστατη εξίσωση μετάθεσης-διάχυσης: εξαγωγή και αναλυτικές λύσεις. | 2Χ3=6 |
| 3 | Ανάμιξη σε ποταμούς: Τυρβώδης διάχυση και διασπορά | Ανάμιξη σε ποταμούς: τυρβώδης διάχυση και διασπορά. Η εξίσωση μετάθεσης-διάχυσης για τυρβώδη ροή. Κατά μήκος διασπορά. Η μονοδιάστατη εξίσωση διασποράς. Αναλυτικές λύσεις και εφαρμογές. | 1Χ3=3 |
| 4 | Φυσικές, χημικές και βιολογικές διεργασίες | Χημικές, φυσικές και βιολογικές διεργασίες (βασικές έννοιες και ορισμοί, κινητικές αντιδράσεων) και διεργασίες σε διεπιφάνειες: διεργασίες στη διεπιφάνεια αέρα-νερού (μοντέλα αερισμού) και στη διεπιφάνεια νερού-αιωρούμενων στερεών (μοντέλα αιωρούμενων στερεών). Εισαγωγή των διεργασιών στη μονοδιάστατη εξίσωση διασποράς. | 1Χ3=3 |
| 5 | Αριθμητικά μοντέλα προσομοίωσης ποιότητας νερών | Αριθμητική προσομοίωση με πεπερασμένες διαφορές. Μονοδιάστατα μοντέλα ποιότητας νερών και εφαρμογές. Ρύπανση (αποξυγόνωση) ποταμού. Αριθμητική επίλυσης της μονοδιάστατης εξίσωσης διασποράς Εφαρμογή στη διασπορά ρύπου σε ποτάμι. | 2Χ3=6 |
| 6 | Τυρβώδεις ανωστικές ροές | Διάθεση λυμάτων σε παράκτια νερά και ανωστικές ροές, κοντινό και μακρινό πεδίο. Βασικές έννοιες και παράμετροι της ροής. Τυρβώδεις φλέβες, πλούμια, ανωστικές φλέβες. Διερεύνηση με διαστατική ανάλυση. Υπολογισμός βασικών παραμέτρων ροής για διάφορες συνθήκες περιβάλλοντος (επίδραση στρωμάτωσης και εγκάρσιου ρεύματος). Διαχυτήρες. Εφαρμογές στη διάθεση αποβλήτων. Διάθεση θερμών νερών και άλμης από εγκαταστάσεις αφαλάτωσης. | 3Χ3=9 |
| 7 | Σχεδιασμός συστήματος διάθεσης υγρών αποβλήτων | Υποθαλάσσιοι αγωγοί διάθεσης λυμάτων. Εφαρμογή με χρήση λογισμικού στη διάθεση λυμάτων. Υδραυλικός σχεδιασμός διαχυτήρα. | 3Χ3=9 |
Μαθησιακοί Στόχοι
- Κατανόηση των διαδικασιών μεταφοράς ρύπων σε υδάτινους και αέριους αποδέκτες και της μαθηματικής περιγραφής τους.
- Επίλυση μονοδιάστατης εξίσωσης μετάθεσης-διάχυσης για τον υπολογισμό της συγκέντρωσης ρύπου που διασπείρεται σε ποτάμι λαμβάνοντας υπόψη φυσικές, χημικές και βιολογικές διεργασίες.
- Προσέγγιση των τυρβωδών ανωστικών φλεβών με χρήση διαστατικής ανάλυσης.
- Υπολογισμός της αραίωσης λυμάτων για διάφορες συνθήκες περιβάλλοντος και απόκτηση των απαραίτητων γνώσεων για το σχεδιασμό συστήματος διάθεσης υγρών αποβλήτων.
Μέθοδοι και Μέσα Διδασκαλίας και Μάθησης
| Μέθοδοι Διδασκαλίας | Διαλέξεις στην τάξη. Επίλυση απλών παραδειγμάτων και προβλημάτων στην τάξη. Συζήτηση περιπτώσεων εφαρμογής (casestudies) στην τάξη. |
|---|---|
| Μέσα διδασκαλίας | Παρουσιάσεις στον Πίνακα. Διαφάνειες PowerPoint. Υπολογισμοί σε ΗΥ με Excel και υπολογιστικούς κώδικες. |
| Χρήση ΗΥ και προγραμμάτων | Οι φοιτητές επιλύουν στην τάξη με τη βοήθεια των διδασκόντων απλές ασκήσεις χρησιμοποιώντας κυρίως EXCEL σε ΗΥ. |
| Ασκήσεις - Εφαρμογές | Ναι |
| Θέματα (εργασίες και τεχνικές εκθέσεις) | Οι φοιτητές ξεκινούν στην τάξη την επεξεργασία 3 ομαδικών θεμάτων σε ομάδες των 2-4 ατόμων. Για κάθε θέμα συγγράφουν Τεχνική Έκθεση, η οποία διορθώνεται από τους διδάσκοντες και επιστρέφεται. |
Αξιολόγηση Επίδοσης
- Τελική γραπτή εξέταση: 70%
- Θέματα (εργασίες και τεχνικές εκθέσεις): 30%
Συγγράμματα - Βιβλιογραφία
- Ν.Ε. Κωτσοβίνος& Π.Β. Αγγελίδης. Υδραυλική Περιβάλλοντος, Τόμος Ι, Εκδόσεις Σπανίδη, Ξάνθη 2008. (Κεφάλαια 3-6).
- Fischer et al. (1979). Mixingininlandandcoastalwaters, Chapters 9, 10.
- J.H.W. Lee&V.H. Chu (2003). Turbulent Jets and Plumes. ALangrangian Approach.Kluwer Academic Publishers. Socolofsky, A. and Jirka, G. (2002). Environmental Fluid Mechanics, Part I:Mass Transfer and Diffusion, Lectures, Institute for Hydromechanics, KIT; http://www.ifh.uni-karlsruhe.de/lehre/envflu_I/Course_script/course_script.htm.
- Σημειώσεις μαθήματος.
Διδασκαλία:
- Πέμπτη, 08:45 – 12:30,
Αίθουσες:- Ζ. Κτ. 1 Πολ., Αιθ. 15