Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο - Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος 

Μάθημα: Υδραυλική και Υδραυλικά Έργα

5ο εξάμηνο - Υποχρεωτικό (5 ώρες / εβδομάδα)  

Ανακοινώσεις | Αναλυτικό περιεχόμενο | Εκπαιδευτικό υλικό | Λυμένες ασκήσεις | Θέματα εξετάσεων | Σφίγγα | Επικοινωνία


Αναλυτικό περιεχόμενο


Μέρος 1: Υδραυλική αγωγών υπό πίεση (σύνολο ωρών 12)

1.      Εισαγωγή στην υδραυλική και υδραυλικά έργα (ώρες 3)

Υδραυλική και υδραυλικά έργα: ορισμοί, ιστορική εξέλιξη, σημασία. Βασικά στοιχεία μηχανικής ρευστών (σύντομη επανάληψη): χαρακτηριστικά ρευστού, είδη, βασικές εξισώσεις και κύρια χαρακτηριστικά της ροής και βασικές μέθοδοι ανάλυσης ροής ρευστού.

2.      Υδραυλική κυκλικών αγωγών υπό πίεση (ώρες 5)

Κατανομές ταχύτητας ροής κοντά σε στερεό όριο. Θεωρητική ανάλυση της ροής σε σωλήνες: είσοδος σε σωλήνα, μήκος εισόδου. Ομοιόμορφη ροή: εξισώσεις μόνιμης ροής σε σωλήνες, απώλειες ενέργειας εξαιτίας τριβών (γραμμικές απώλειες), κατανομή ταχυτήτων ροής και συντελεστής τριβών, υπολογισμός γραμμικών απωλειών ενέργειας (εξίσωση Colebrook-White, διάγραμμα Moody, εμπειρικές εξισώσεις Manning και Chézy). Σωλήνες εμπορίου: χαρακτηριστικά και γήρανση αυτών, Ανομοιόμορφη ροή: τοπικές απώλειες ενέργειας, σημασία και υπολογισμός τους (συντελεστής τοπικών απωλειών, συστολές, διαστολές, δικλίδες). Σπηλαίωση και έλεγχος υποπίεσης.

Άσκηση: Υπολογισμός κατανομής ταχυτήτων ροής σε σωλήνα (βλ. παραδείγματα 3.6-1 και 3.6-2)

Άσκηση: Υπολογισμός γραμμικών απωλειών ενέργειας σε σωλήνα (βλ. παράδειγμα 3.7-1)

3.      Πρακτικά προβλήματα ροής υπό πίεση (ώρες 4)

Απλά προβλήματα ροής και οι τρεις τύποι τους. Προβλήματα ροής με μηχανολογικό εξοπλισμό. Συστήματα πολλαπλών σωλήνων.

Άσκηση: Εφαρμογές των τριών τύπων προβλημάτων ροής υπό πίεση.

Μέρος 2: Υδραγωγεία (σύνολο ωρών 10)

4.      Αρχές σχεδιασμού έργων υδροληψίας, μεταφοράς και διανομής νερού (ώρες 3)

Υδροδοτικά συστήματα (υδρευτικά, αρδευτικά). Έργα υδροληψίας από υπόγεια και επιφανειακά νερά. Γενική διάταξη και βασικές αρχές σχεδιασμού έργων μεταφοράς, αντλιοστασίων, δεξαμενών, δικτύων διανομής. Υλικά σωληνώσεων και υδραγωγείων. Τυπικά προβλήματα σχεδιασμού. Λειτουργικές απαιτήσεις. Παραδείγματα: αρχαία υδρευτικά έργα, υδροδοτικό σύστημα Αθήνας.

Άσκηση Y1: Σύγχρονη θεώρηση χαρακτηριστικών αρχαίων υδρευτικών έργων

5.      Γενικές διατάξεις εξωτερικών υδραγωγείων (ώρες 2)

Αρχές λειτουργίας. Χάραξη αγωγών υπό πίεση σε οριζοντιογραφία και μηκοτομή. Προβλήματα υποπιέσεων. Υδραγωγεία με ελεύθερη επιφάνεια. Τυπικές διατομές. Ανεστραμμένοι σίφωνες. Δυναμική ρύθμιση υδραγωγείων.

Άσκηση Y2: Σχεδιασμός και υπολογισμός εξωτερικού υδραγωγείου με βαρύτητα

6.      Καταθλιπτικοί αγωγοί και αντλιοστάσια (ώρες 5)

Βασικές έννοιες (ισχύς και ενέργεια, μανομετρικό ύψος, σημείο λειτουργίας, βαθμός απόδοσης). Αντλίες σε παράλληλη και εν σειρά διάταξη. Σπηλαίωση – υδραυλικό πλήγμα. Τεχνικο-οικονομική βελτιστοποίηση συστήματος αντλιοστασίου-καταθλιπτικού αγωγού.

Άσκηση Y3: Υπολογισμός καταθλιπτικού αγωγού και αντλιοστασίου

Μέρος 3: Υδρεύσεις (σύνολο ωρών 13)

7.      Υδρευτικές καταναλώσεις (ώρες 3)

Αστικές χρήσεις νερού. Ζήτηση και παράγοντες που την επηρεάζουν. Πληθυσμός σχεδιασμού. Χρονική διακύμανση κατανάλωσης. Τυπικοί συντελεστές αιχμής ανά χρήση. Απώλειες νερού. Παροχές έκτακτης λειτουργίας.

Άσκηση Δ1: Εκτίμηση παροχών σχεδιασμού έργων υδροδότησης οικισμού

8.      Δεξαμενές (ώρες 2)

Τύποι δεξαμενών. Υδραυλικός σχεδιασμός. Καμπύλες εισροών-εκροών. Εκτίμηση ρυθμιστικού όγκου & όγκου ασφαλείας.

Άσκηση Δ2: Υπολογισμός όγκου δεξαμενής με τροφοδοτικό αγωγό (α) βαρύτητας και (β) καταθλιπτικό

9.      Δίκτυα διανομής (ώρες 3)

Τυπικές διάμετροι. Χάραξη σε οριζοντιογραφία. Πιεζομετρικές ζώνες. Τοποθέτηση πυροσβεστικών κρουνών & ειδικών συσκευών. Υδραυλικά απομονωμένες ζώνες. Μειωτές πίεσης. Διαρροές.

Άσκηση Δ3: Χάραξη δικτύου διανομής και χωρισμός σε ζώνες

10.  Υδραυλική ανάλυση δικτύων διανομής (ώρες 5)

Σχηματοποίηση μοντέλου δικτύου. Εκτίμηση παροχών εξόδου. Διαμόρφωση σεναρίων κανονικής και έκτακτης λειτουργίας. Αριθμητικές τεχνικές επίλυσης. Διαστασιολόγηση αγωγών και σχετικοί έλεγχοι. Εφαρμογές σε περιβάλλον Η/Υ.

Άσκηση Δ4: Σχηματοποίηση δικτύου και εκτίμηση παροχών εξόδου

Μέρος 4: Υδραυλική αγωγών με ελεύθερη επιφάνεια (σύνολο ωρών 13)

11.  Εισαγωγή και θεωρητική ανάλυση της ροής με ελεύθερη επιφάνεια (ώρες 3)

Κύρια χαρακτηριστικά της ροής με ελεύθερη επιφάνεια: κατηγορίες αγωγών, γεωμετρικά  χαρακτηριστικά της ροής, μόνιμη-μη μόνιμη ροή, ομοιόμορφη-μη ομοιόμορφη ροή, στρωτή-τυρβώδης ροή (αριθμός Reynolds), υποκρίσιμη-υπερκρίσιμη ροή, αριθμός Froude. Πρακτικό παράδειγμα ροής με ελεύθερη επιφάνεια. Εξισώσεις μόνιμης ροής (εφαρμογή μεθόδου μονοδιάστατης ανάλυσης).

12.  Ομοιόμορφη και κρίσιμη ροή (ώρες 7)

Εξισώσεις μόνιμης και ομοιόμορφης ροής. Εξίσωση Manning, κατανομή ταχυτήτων και μέση ταχύτητα ροής σε αγωγό πολύ μεγάλου πλάτους, υπολογισμός του ομοιόμορφου βάθους ροής σε αγωγό διατομής απλής και σύνθετης γεωμετρικής μορφής. Κρίσιμη ροή και εφαρμογές της. Κρίσιμη ροή σε αγωγό ορθογωνικής διατομής: Εξισώσεις ειδικής ενέργειας και ειδικής δύναμης. Κρίσιμο βάθος. Υπολογισμός του κρίσιμου βάθους ροής σε αγωγό διατομής απλής και σύνθετης γεωμετρικής μορφής.  Εφαρμογές κρίσιμης ροής σε πρισματικό αγωγό ορθογωνικής διατομής: ροή κάτω από θυρόφραγμα, πάνω από εμπόδιο και μέσα από στένωση. Υδραυλικό άλμα.

Άσκηση: Υπολογισμός ομοιόμορφου και κρίσιμου βάθους ροής σε αγωγό διατομής απλής και σύνθετης γεωμετρικής μορφής (βλ. παραδείγματα 7.3-1 μέχρι 7.3-5, 8.2-2, 8.2-3 μέχρι 8.3-3)

Άσκηση: Υπολογισμός ροής κάτω θυρόφραγμα και υδραυλικού άλματος (βλ. παραδείγματα 8.4-1 και 8.4-4)

13.  Πρακτικά προβλήματα ροής με ελεύθερη επιφάνεια (ώρες 3)

Απλά προβλήματα ομοιόμορφης ροής: προσέγγιση του σχεδιασμού αγωγού με ομοιόμορφη ροή, υδραυλικά βέλτιστη διατομή. Προβλήματα βαθμιαία μεταβαλλόμενης ροής. Προσέγγιση του σχεδιασμού αγωγού βαθμιαία μεταβαλλόμενης ροής.

Άσκηση: Σχεδιασμός αγωγού με ομοιόμορφη ροή και υδραυλικά βέλτιστη διατομή

Μέρος 5: Αποχετεύσεις (σύνολο ωρών 17)

14.  Αποχετευτικά έργα (ώρες 2)

Γενική διάταξη αποχετευτικών έργων. Παντορροϊκά και χωριστικά δίκτυα. Εγκαταστάσεις επεξεργασίας και διάθεσης λυμάτων. Παραδείγματα.

15.  Εκτίμηση παροχών ακαθάρτων (ώρες 2)

Περίοδος σχεδιασμού. Καταναλώσεις. Διακύμανση παροχών ακαθάρτων. Συντελεστές αιχμής. Παρασιτικές εισροές.

Άσκηση Α1: Εκτίμηση παροχών ακαθάρτων

16.  Υδραυλική των υπονόμων (ώρες 3)

Υδραυλικοί υπολογισμοί μόνιμης ομοιόμορφης ροής σε κυκλικούς αγωγούς. Υπολογισμοί για μεταβλητό συντελεστή τραχύτητας. Προδιαγραφές και περιορισμοί. Ποσοστά πλήρωσης. Ελάχιστε και μέγιστες ταχύτητες. Ελάχιστες κλίσεις. Συναρμογές. Τοπικές απώλειες. Προβλήματα μεγάλων και μικρών ταχυτήτων.

Άσκηση Α2: Υδραυλικός υπολογισμός αγωγού ακαθάρτων

17.  Αστικές πλημμύρες (ώρες 3)

Έργα αντιπλημμυρικής προστασίας σε αστικό περιβάλλον. Γενικές αρχές σχεδιασμού. Αστικές και εξωαστικές λεκάνες απορροής. Περίοδοι επαναφοράς. Χάραξη υδροκρίτη σε αστικές περιοχές. Συστήματα ήπιας διαχείρισης ομβρίων. Παραδείγματα.

18.  Εκτίμηση παροχών ομβρίων (ώρες 2)

Ορθολογική μέθοδος: εννοιολογικό υπόβαθρο, παραδοχές, δεδομένα εισόδου. Εκτίμηση κρίσιμης ένταση βροχής: όμβριες καμπύλες, επιφανειακή αναγωγή. Εμπειρικές σχέσεις εκτίμησης χρόνου συγκέντρωσης σε εξωαστικές λεκάνες. Εκτίμηση χρόνου συγκέντρωσης σε αστικό περιβάλλον: κρίσιμη διαδρομή, χρόνος εισόδου, χρόνος ροής. Εκτίμηση συντελεστή απορροής σε αστικές και εξωαστικές λεκάνες.

Άσκηση Α3: Μετατροπή παντορροϊκού αγωγού σε αγωγό ομβρίων

19.  Αρχές σχεδιασμού δικτύων συλλογής ομβρίων (ώρες 3)

Μεθοδολογία χάραξης και υπολογισμού δικτύων ομβρίων σε οριζοντιογραφία και μηκοτομή. Υδραυλικοί έλεγχοι. Κατασκευαστικοί και υδρολογικοί περιορισμοί.

Άσκηση Α4: Υδραυλικός υπολογισμός αγωγού ομβρίων

20.  Ποιοτικά και τεχνολογικά θέματα αγωγών αποχέτευσης (ώρες 2)

Σύσταση οικιακών λυμάτων. Αερισμός αγωγών. Παραγωγή υδροθείου και ποσοτικοποίησή της. Προκατασκευασμένοι σωλήνες, αγωγοί χυτοί επί τόπου, διάβρωση και αντιδιαβρωτική προστασία αγωγών. Τυπικά φρεάτια δικτύων αποχέτευσης.

Ασκήσεις για το σπίτι (παρέχεται βοήθεια στην τάξη στα πλαίσια των παραπάνω ωρών διδασκαλίας και απαιτούνται επιπλέον 12 ώρες εργασίας στο σπίτι)

Άσκηση ΠΣ1: Υπολογισμός συστήματος αγωγών-δεξαμενών με ροή υπό πίεση

Άσκηση YΣ1: Σχεδιασμός, υπολογισμός και οικονομική ανάλυση σύνθετου εξωτερικού υδραγωγείου

Άσκηση ΔΣ1: Σχηματοποίηση και επίλυση δικτύου διανομής

Άσκηση EΣ1: Εφαρμογές στη ροή με ελεύθερη επιφάνεια

Άσκηση ΑΣ1: Υπολογισμός και σχεδίαση μηκοτομής συλλεκτήρα ακαθάρτων

Άσκηση ΑΣ2: Υπολογισμός και σχεδίαση οριζοντιογραφίας και μηκοτομής σειράς αγωγών ομβρίων

.