INDICE XIII. Ringraziamenti dell Editore. Presentazione dell edizione italiana. Prefazione all edizione americana. Guida alla lettura

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1 Ringraziamenti dell Editore Presentazione dell edizione italiana Prefazione all edizione americana Guida alla lettura XI XIII XV XX 1 Introduzione e concetti di base Introduzione 2 Cos è un fluido? 2 Aree di applicazione della meccanica dei fluidi La condizione di aderenza Breve storia della meccanica dei fluidi Classificazione del moto dei fluidi 10 Moto viscoso o non-viscoso 10 Moto confinato o non confinato 11 Fluido comprimibile o incomprimibile 11 Moto laminare o turbolento 12 Moto a gravità o forzato 12 Moto permanente o vario 12 Moto uni, bi o tridimensionale Sistema e volume di controllo Dimensioni e unità di misura 16 Alcune unità del SI 17 Omogeneità dimensionale Modellazione matematica di problemi ingegneristici 20 La modellazione in ingegneria Tecnica di risoluzione dei problemi 21 Fase 1: Posizione del problema 21 Fase 2: Schematizzazione 21 Fase 3: Ipotesi e approssimazioni 22 Fase 4: Leggi fisiche 22 Fase 5: Proprietà 22 Fase 6: Calcoli 22 Fase 7: Commenti, verifiche e discussione Il software Accuratezza, precisione e cifre significative 24 2 Proprietà dei fluidi Introduzione 30 Sistema continuo Densità 30 La densità dei gas perfetti Tensione di vapore e cavitazione Energia e calori specifici Coefficiente di comprimibilità 36 Coefficiente di dilatazione cubica 38

2 VI Celerità e numero di Mach Viscosità Tensione superficiale e capillarità 48 Effetti di capillarità 50 3 Statica dei fluidi Pressione 58 Pressione in un punto 60 Variazione della pressione con la quota I manometri 65 Altri strumenti di misura della pressione La pressione atmosferica Introduzione al calcolo delle spinte Spinta su superfici piane 73 Il caso particolare della superficie rettangolare Spinta su superfici curve Galleggiamento e stabilità 84 Equilibrio dei corpi immersi e dei galleggianti Moto rigido dei fluidi 89 Caso particolare 1: Fluidi in quiete 91 Caso particolare 2: Fluido in caduta libera 91 Moto rettilineo uniformemente accelerato 92 Centrifuga 94 4 Cinematica dei fluidi Descrizione lagrangiana ed euleriana 114 Campo di accelerazione 116 Derivata totale La visualizzazione di un campo di moto 121 Linee di flusso 121 Traiettorie 123 Linee di fumo 124 Linee di tempo Rappresentazione grafica di un campo di moto 126 Profili 126 Mappe vettoriali 126 Mappe di isolinee Altre descrizioni cinematiche 128 Tipi di moto e di deformazione degli elementi fluidi 128 Vorticità e rotazionalità 133 Confronto tra due moti circolari Il teorema del trasporto di Reynolds 136 Relazione tra la derivata totale e il teorema del trasporto di Reynolds Equazioni della massa, di Bernoulli, dell energia Introduzione Conservazione della massa 150 Portata di massa e portata volumetrica 151 Equazione di continuità 152 Volume di controllo in movimento 154 Equazione di continuità per il moto permanente 154 Equazione di continuità per i fluidi incomprimibili 154 Equazione di continuità per le correnti Energia meccanica e rendimento Il teorema di Bernoulli 161 Accelerazione di una particella di fluido 162 L equazione di Bernoulli 162 Distribuzione della pressione 164

3 VII Moto vario 166 Pressione dinamica 166 Limiti di applicabilità dell equazione di Bernoulli 167 Linea piezometrica e linea dei carichi totali Applicazioni del teorema di Bernoulli 170 Processi di efflusso 171 Luce con tubo addizionale esterno 176 Convergenti e divergenti Equazione generale dell energia 183 Trasmissione di calore 183 Trasferimento di lavoro Equazione dell energia per il moto permanente 187 Il caso del fluido perfetto Coefficiente di ragguaglio della potenza cinetica Equazione della quantità di moto Leggi di Newton e conservazione della quantità di moto Scelta di un volume di controllo Forze agenti su un volume di controllo L equazione della quantità di moto 209 Moto permanente 210 Coefficiente di ragguaglio della quantità di moto 211 Moto in assenza di forze esterne Analisi dimensionale e modellazione Dimensioni e unità di misura Omogeneità dimensionale 229 Adimensionalizzazione delle equazioni Similitudine e analisi dimensionale Il teorema di Buckingham e il metodo delle variabili ripetute 235 Fase Fase Fase Fase Fase Fase Modelli e similitudine incompleta 244 Progettazione delle indagini sperimentali e correlazione dei risultati 244 Similitudine incompleta 245 Prove in galleria del vento 245 Moti a superficie libera Correnti in pressione Introduzione Moto laminare e moto turbolento 259 Il numero di Reynolds La regione di ingresso 262 Lunghezza di ingresso Moto laminare 264 Caduta di pressione 265 Tubazioni inclinate 266 Perdita di carico e cadente 267 Tubazioni non circolari Moto turbolento 272 Lo sforzo tangenziale turbolento 273 Il profilo di velocità in moto turbolento 275

4 VIII La scabrezza 277 I tubi commerciali 279 La formula di Colebrook 281 Problemi di verifica e di progetto 283 Le formule pratiche Perdite localizzate Reti di distribuzione 297 Condotte in serie 302 Condotte in parallelo 302 Impianti di sollevamento Lunghe condotte 312 Problemi di verifica 314 Problemi di progetto Misure di portata e velocità 322 Tubo di Pitot 323 Misuratori a strozzamento: diaframmi, boccagli, venturimetri 323 Misuratori volumetrici 326 Misuratori a turbina 326 Flussimetri ad area variabile (Rotametri) 327 Flussimetri a ultrasuoni 328 Misuratori elettromagnetici 330 Anemometri a filo caldo e a film caldo 330 Velocimetria laser Doppler 331 Velocimetria a immagini di particelle (PIV) Equazioni indefinite del moto dei fluidi Introduzione L equazione di continuità 347 Applicazione del teorema della divergenza 347 Volume di controllo infinitesimo 348 Formulazione alternativa 349 Equazione di continuità in coordinate cilindriche 350 Casi particolari La funzione di corrente L equazione della quantità di moto 357 Applicazione del teorema della divergenza 359 Volume di controllo infinitesimo 360 Formulazione alternativa 362 Seconda legge di Newton L equazione di Navier-Stokes 363 Introduzione 363 Fluidi newtoniani e fluidi non newtoniani 364 Fluidi incomprimibili e isotermi 365 Equazioni in coordinate cartesiane 367 Equazioni in coordinate cilindriche Applicazioni 368 Determinazione del campo di pressione 368 Soluzioni analitiche Soluzioni approssimate dell equazione di Navier-Stokes Introduzione Equazioni adimensionali del moto Moto non viscoso 389 Equazione di Bernoulli Moto irrotazionale 391 Equazione di continuità 391 Equazione del moto 392 Equazione di Bernoulli 393 Moto irrotazionale bidimensionale 393

5 IX La tecnica della sovrapposizione Lo strato limite 396 Le equazioni dello strato limite 400 La procedura di risoluzione 404 Spessore di spostamento 408 Spessore di quantità di moto 409 Strato limite turbolento su lastra piana 410 La soluzione integrale degli strati limite Resistenza e portanza Introduzione Azione di trascinamento e portanza Resistenza d attrito e di forma 424 Riduzione della resistenza con la sagomatura 426 Distacco della vena fluida Coefficienti di resistenza per le forme più comuni 428 Sistemi viventi e resistenza al moto 430 Coefficienti di resistenza degli autoveicoli Moto su lastra piana parallela 433 Coefficiente d attrito Moto attorno a cilindri e sfere 436 Effetto della scabrezza della superficie Portanza 440 Portanza generata dalla rotazione Moto dei fluidi comprimibili Grandezze di ristagno Moto isoentropico unidimensionale 458 Variazione della velocità del fluido con l area della sezione trasversale 460 Moto isoentropico di un gas ideale Moto isoentropico negli ugelli 465 Ugelli convergenti 465 Ugelli convergenti-divergenti Onde d urto e onde di espasione 474 Onde d urto normali 474 Onde d urto oblique 481 Onde di espansione di Prandtl-Meyer Moto con scambio di calore e resistenze trascurabili (Flusso di Rayleigh) 490 Relazioni tra le grandezze caratteristiche del flusso di Rayleigh 497 Flusso di Rayleigh soffocato Moto adiabatico con resistenze non trascurabili (Flusso di Fanno) 499 Relazioni tra le grandezze caratteristiche nel flusso di Fanno502 Flusso di Fanno soffocato Correnti a superficie libera Classificazione dei moti a superficie libera 518 Moto uniforme 519 Moto laminare e turbolento nei canali Il numero di Froude e la celerità 522 Celerità L energia specifica Le equazioni di continuità e dell energia Moto uniforme 531 Pendenza critica 534

6 X Alvei con golene 535 Alvei a scabrezza non uniforme Le sezioni di minimo costo 540 Canali a sezione rettangolare 541 Canali a sezione trapezia Moto gradualmente variato 543 Profili di corrente 546 Alcuni esempi applicativi 548 Integrazione numerica dell equazione del moto Risalto idraulico 556 Esempi applicativi Regolazione e misura della portata 563 Paratoie a battente 564 Stramazzi 566 Indice analitico 585