Comportamento idrodinamico di un getto di galleggiamento in un canale con corrente trasversale

Oltre ai problemi che interessano la meccanica dei fluidi, lo studio dei getti trova applicazione anche in numerosi problemi pratici. Esempi di getti si possono facilmente ritrovare nella vita di tutti i giorni: un fumatore di sigarette osserva più volte al giorno, anche se inconsciamente, i pennacchi di fumo disgregarsi in vortici così come le centrali elettriche alimentate con combustibili fossili diffondono nell’aria, sotto forma di pennacchi, prodotti di combustione nocivi tra cui l’anidride solforosa e il particolato che possono essere fonte di grave inquinamento in condizioni meteorologiche sfavorevoli.

Anche i flussi ad elevata velocità in molte strutture idrauliche e nelle opere di protezione dalle inondazioni, possono essere considerate getti. Esempi di getti sono inoltre riscontrabili in molti processi naturali; i fumi caldi rilasciati dalle eruzioni vulcaniche e dagli incendi boschivi sono solo alcuni esempi. Infine, in molte città costiere, le acque reflue sottoposte a trattamento vengono scaricate sotto forma di getti di densità per mezzo di condotte di scarico sottomarine disposte sul fondale e questo è causa di forte inquinamento.

Per controllare tali fenomeni ed i problemi ad essi collegati è necessario avere una comprensione dei processi di base che sono coinvolti. Le recenti pratiche adottate per lo smaltimento marino consistono nell’immettere le acque reflue sotto forma di getti attraverso degli ugelli ampiamente distanziati posti in profondità, sotto la superficie del mare (Rawn, Bowerman e Brooks, 1983). La miscelazione iniziale dei reflui con l'acqua di mare è indotta dal moto turbolento del getto; il fenomeno può essere quindi fondamentalmente considerato come un getto turbolento sommerso.

Il caso più semplice è quello del getto ordinario di quantità di moto (o getto semplice) dove i fluidi coinvolti hanno la stessa densità ma, nei problemi relativi allo smaltimento, devono anche essere prese in considerazione le seguenti condizioni ambientali:
-Effetto del galleggiamento: la densità delle acque reflue è diversa dalla densità dell'acqua di mare o dell’acqua salmastra. Anche se la differenza è piccola, l'effetto del galleggiamento sul comportamento del getto è drastico. Ad esempio, uno scarico orizzontale in un fluido più pesante viene deviato verso l'alto (Figura 2.1.1).

-Stratificazione causata dalla densità: il mare e i laghi sono spesso stratificati a causa della temperatura o della salinità non uniforme. In un oceano stabilmente stratificato, è possibile impedire ai getti di acque reflue di raggiungere la superficie inducendo la loro rapida miscelazione con acqua pesante proveniente dal fondo e producendo una nube galleggiante (Brooks, 1980). L’immersione del getto di acque reflue è spesso la situazione più favorevole per il controllo dell'inquinamento in mare aperto ed essere in grado di prevedere la diluizione nella nube prodotta è di grande importanza nei problemi di smaltimento delle acque (Figura 2.1.2).

-Effetto della corrente: l'oceano, come l'atmosfera, è raramente stagnante. La corrente oceanica e i regolari movimenti di marea riguardano non solo il movimento delle acque reflue in corrispondenza o in prossimità della superficie, ma anche le caratteristiche di mescolamento del getto iniziale. L'effetto non può essere trascurato se la velocità della corrente è solo una frazione della velocità di scarico del getto (Figura 2.1.3).

-Turbolenza: la turbolenza nel fluido ambiente influenza anche il comportamento del getto. Tuttavia, gli effetti sulla miscelazione iniziale del getto sono ritenuti di secondaria importanza salvo che il moto del getto sia relativamente debole.

-Interferenza del getto: quando i getti sono ravvicinati, a causa della loro diffusione tendono a fondersi. Gli effetti dell’interferenza possono essere anticipati prevedendo il tasso di crescita del diametro degli stessi.

È difficile risolvere un problema generale che comprende tutti questi fattori. Per questo motivo nei problemi relativi ai getti, una loro buona conoscenza facilita notevolmente il controllo della qualità dell'acqua per la valutazione dei rischi e dei possibili impatti ambientali.

Gli obiettivi riguardanti la qualità delle acque nella normativa ambientale sono principalmente fissati in termini di concentrazione di inquinanti nelle acque riceventi per cui è importante essere in grado di prevedere la distribuzione della concentrazione nei pressi degli scarichi ai fini della buona progettazione degli stessi nel rispetto dell’ambiente. Questo è necessario per definire correttamente le zone di miscelazione e ridurre al minimo l'impatto degli scarichi sulle zone più sensibili.