Concetti Chiave
- Il moto a tamponi si verifica nei collettori fognari orizzontali durante la transizione da deflusso a pelo libero a moto in pressione, caratterizzato dalla presenza di sacche d'aria.
- La corrente a tamponi si forma da una corrente stratificata, con un'onda a fronte ripido che innalza la cresta fino a bloccare l'aerazione, creando un tappo liquido.
- Il tappo liquido è accelerato dalla corrente gassosa a monte, generando tiranti idrici inferiori a quelli della corrente in arrivo.
- I modelli di Taitel e Dukler sono utilizzati per simulare il moto a tamponi, con particolare attenzione ai tiranti idrici massimi e minimi.
- La teoria di Kelvin-Helmholtz spiega l'instabilità delle onde bidimensionali nella corrente bifase di aria e acqua tramite il numero di Froude densimetrico.
Il moto a tamponi rappresenta un regime di moto che può manifestarsi in collettori fognari praticamente orizzontali, in concomitanza con la transizione da deflusso a pelo libero a moto in pressione. Questa tipologia di corrente bifase può essere vista come il moto di una corrente idrica caratterizzata dalla presenza di sacche d'aria in prossimità della parte superiore del tubo, ed in cui le creste d'onda si propagano molto più velocemente del fluido sottostante. Inoltre, le variazioni di pressione tra la fase gassosa e quella liquida possono attingere valori talmente elevati da compromettere l'integrità strutturale del collettore.
Formazione e propagazione delle onde
La formazione di una corrente a tamponi, evolve partendo da una fase iniziale di Corrente stratificata; tale circostanza è particolarmente ricorrente in corrispondenza di manufatti di imbocco non adeguatamente dimensionati.
L'avanzamento di un'onda a fronte ripido, accompagnata dalla propagazione di una piccola perturbazione superficiale raggiungendo la cresta ne innalza l’altezza. L'onda diventa sempre più ripida fino a toccare la sommità, il cielo del collettore, determinando così la transizione locale da deflusso a pelo libero a moto in pressione ed interrompendo la aerazione della corrente.
Si forma quindi un tappo liquido, detto tampone, che viene ad essere accelerato dalla corrente gassosa a monte del tappo, fino a generare una depressione superficiale a monte del tappo stesso, il che instaura tiranti idrici inferiori a quelli della corrente in arrivo.
Modelli e teorie del moto
Taitel e Dukler hanno proposto un modello numerico per simulare tale processo di moto; ai fini progettuali e fondamentale valutare l'entità dei tiranti idrici massimi e minimi in prossimità dell'onda a fronte ripido.
Secondo la teoria di Kelvin-Helmholtz, la instabilità di onde bidimensionali sulla superficie di interfaccia di una corrente bifase di aria e acqua è retta dal numero di Froude densimetrico.
Fisicamente, questo fenomeno si spiega con una sorta di effetto di suzione esercitato dalla fase gassosa che tende a sollevare la fase liquida verso la sommità del condotto, risultando preponderante rispetto alla azioni gravitazionali.
Domande da interrogazione
- Qual è la causa principale della formazione di un moto a tamponi nei collettori fognari?
- Come si sviluppa un'onda a fronte ripido in un collettore?
- Qual è il ruolo della teoria di Kelvin-Helmholtz nel moto a tamponi?
La formazione di un moto a tamponi avviene quando si passa da un deflusso a pelo libero a un moto in pressione, spesso a causa di manufatti di imbocco non adeguatamente dimensionati, che portano a una corrente stratificata.
L'onda a fronte ripido si sviluppa quando una perturbazione superficiale raggiunge la cresta dell'onda, innalzandone l'altezza fino a toccare la sommità del collettore, causando la transizione a un moto in pressione e interrompendo l'aerazione della corrente.
La teoria di Kelvin-Helmholtz descrive l'instabilità delle onde bidimensionali sulla superficie di interfaccia di una corrente bifase di aria e acqua, regolata dal numero di Froude densimetrico, evidenziando l'effetto di suzione della fase gassosa sulla fase liquida.
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