GEOPHYSICAL FLUID DYNAMICS

GEOPHYSICAL FLUID DYNAMICS

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iten
Codice
98075
ANNO ACCADEMICO
2019/2020
CFU
5 cfu al 2° anno di 10720 ENVIRONMENTAL ENGINEERING (LM-35) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-IND/06
LINGUA
Inglese
SEDE
GENOVA (ENVIRONMENTAL ENGINEERING )
periodo
1° Semestre
moduli
Questo insegnamento è un modulo di:
materiale didattico

PRESENTAZIONE

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

To provide the basics of geophysical fluid dynamics: ruling equations and peculiar dynamical phenomena induced by apparent forces, i.e., centrifugal and Coriolis forces.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Lo studente e' invitato a partecipare con assiduita'  alle attività formative proposte consistenti in lezioni frontali ed  esercitazioni,
con l'obiettivo finale di:

conoscere i fondamenti della fluidodinamica geofisica;

comprendere i meccanismi fisici di base del moto dei fluidi in atmosfera ed in mare;

identificare fenomeni tratti dalla vita corrente regolati da meccanismi fluidodinamici analizzati nel corso;

stimare i gradi di liberta' necessari per descrivere un sistema turbolento;

valutare le situazioni in cui utilizzare approcci di tipo RANS piuttosto che di tipo LES, anche in funzione della potenza di  calcolo disponibile;

valutare i pregi e le limitazioni della modellistica di tipo CFD per studiare la dinamica del sistema atmosfera e/o mare;

discutere criticamente i problemi della fluidodinamica geofisica utilizzando il lessico appropriato.

Modalità didattiche

Il corso prevede lezioni frontali in aula. Queste sono divise in lezioni dedicate agli aspetti piu' teorici della fluidodinamica geofisica alternate ad esercitazioni aventi lo scopo di fissare i concetti teorici mediante la discussione di esempi pratici, anche  mutuati dalla vita quotidiana.
L'apprendimento della capacità comunicativa verrà incoraggiata con la proposta di realizzazione di un seminario (di 20 minuti) su una applicazione della fluidodinamica geofisica in mare o in atmosfera che sara' poi valutata in sede di esame.

 

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il programma del corso  prevede la presentazione e discussione dei seguenti argomenti:   

-- Equazioni di Navier-Stokes in un sistema inerziale  (8 ore)

* richiami nel caso incompressibile

* approssimazione di Boussinesq e convezione

* bilanci energetici

-- Equazioni di Navier-Stokes in un sistema rotante    (8 ore)

 *  modello f plane

 *  modello beta-plane

 *  modello geostrofico

 *  Ekman layer alla superficie libera (oceano)

 *  Ekman layer alla superficie rigida (atmosfera)

 *  circolazione al suolo (effetto dell'attrito e fenomeni di convergenza)

-- Stabilita' atmosferica   (6 ore)

 *  generalita'

 *  dry adiabatic lapse-rate e moist adiabatic lapse-rate

 *  stabilita' statica e temperatura potenziale

 *  atmosfera stabile, instabile e neutra (meccanismi ed esempi)

-- Circolazione a scala locale (6 ore):

* ruolo dell'attrito nei moti vicino al suolo

* ruolo della curvatura delle isobare vicino al suolo

* circolazioni termiche

* brezze di mare e di monte

* i monsoni

 

-- Turbolenza  (10 ore)

* generalita' sulla fenomenologia al crescere del numero di Reynolds

* turbolenza stazionaria omogenea e isotropa

* la legge dei 5/3 delle spettro di energia

* sulla impossibilita' di descrivere per intero i gradi di liberta' del sistema nel limite di grandi Reynolds

* dallo schema DNS a quelli RANS e LES

-- Equazioni di tipo  RANS e LES   (12 ore) 

 *  definizione di campo  filtrato

 *  equazioni per il campo filtrato

 *  il problema della chiusura

 *  esempi di chiusura (il modello di Smagorinski e il modello dinamico   di Germano)

 *  il modello meteorologico 

    WRF operativo in DICCA per le previsioni del tempo (con seminario di personale esperto)

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Il materiale didattico utilizzato durante le lezioni sarà disponibile in aulaweb dell’insegnamento. Gli appunti presi durante le lezioni e il materiale in aulaweb sono sufficienti per la preparazione dell’esame, ma i libri seguenti sono suggeriti come testi di appoggio e approfondimento:


Fluid Mechanics, Pijush K. Kundu, Ira M. Cohen, David R. Dowling, Gretar Tryggvason (Elsevier, 2015, sesta edizione)

Turbulence: The Legacy of A. N. Kolmogorov, Cambridge Univ. Press, 1995.

Meteorology Today, An introduction to Weather, Climate and the Environment, C. Donald Ahrens, seventh Edition, 2003.

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Previo accordo via email

LEZIONI

Modalità didattiche

Il corso prevede lezioni frontali in aula. Queste sono divise in lezioni dedicate agli aspetti piu' teorici della fluidodinamica geofisica alternate ad esercitazioni aventi lo scopo di fissare i concetti teorici mediante la discussione di esempi pratici, anche  mutuati dalla vita quotidiana.
L'apprendimento della capacità comunicativa verrà incoraggiata con la proposta di realizzazione di un seminario (di 20 minuti) su una applicazione della fluidodinamica geofisica in mare o in atmosfera che sara' poi valutata in sede di esame.

 

ESAMI

Modalità d'esame

Prova scritta e seminario su tema concordato con il docente.

Modalità di accertamento

Lo studente dovra' aver dimostrato di aver assimilato le basi della fluidodinamica geofisica. Questo includera':

- la capicita' di discutere un problema di fluidodinamica geofisica con il liguaggio tecnico opportuno;

- la capacita' di risolvere senplici problemi  di fluidodinamica geofisica  tratti dal quotidiano.