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Modellazione fluidodinamica SPH per inondazioni con trasporto di strutture solide e materiale granulare: rappresentazione delle forze di resistenza sul fondo, soluzioni modellistiche integrate e simulazioni 3D

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Modellazione fluidodinamica SPH per inondazioni con trasporto di strutture solide e materiale granulare: rappresentazione delle forze di resistenza sul fondo, soluzioni modellistiche integrate e simulazioni 3D

Accoppiamento modellistico SHM-SPH per la modellazione 3D delle inondazioni con metodo DBSPH. Estensione del metodo DB-SPH per frontiere 3D di forma qualsiasi (e con eventuali cinematiche traslazionali generiche). Nuova procedura di inizializzazione del coefficiente di Shepard integrale. Validazioni della nuova versione del metodo DB-SPH. “Model inter-comparison” RSETUHH su dam break erosivo 2D. Analisi del crollo di diga in terra con effetti dell’angolo d’attritointerno. Formulazioni e sviluppi numerici per l’implementazione degli sforzi viscosi e delle forze di resistenza sul fondo (metodo DB-SPH). Accoppiamento modellistico per trasporto simultaneo di materiale granulare e corpi solidi in flussi fluidi. Ottimizzazione delle simulazioni con trasporto multiplo di corpi solidi. Trasporto di tronchi d’albero in una riserva d’acqua a monte di una diga interra, in condizioni di crollo incipiente. Misure dello speed-up in parallelo su sfioratore 3D e validazione su caso studio con pila.

Gli impianti idroelettrici hanno un ruolo chiave nella propagazione delle inondazioni perché possono determinarne l’innesco, esserne il bersaglio o regolare le piene dei corsi d’acqua.
La modellazione SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) rappresenta un metodo di fluidodinamica computazionale (CFD) lagrangiano, privo di griglia di calcolo (mesh-less). Si dimostra particolarmente adatto alla rappresentazione di flussi inerziali, a superficie libera o multi-fase, come quelli che caratterizzano la propagazione di inondazioni, con trasporto di strutture solide e materiale granulare, o le opere idrauliche di impianti idroelettrici.
Le attività SPH svolte hanno riguardato principalmente sviluppi numerici, validazioni e applicazioni, relativi ai seguenti argomenti:
• La modellazione SPH 3D di flussi granulari per inondazioni con trasporto solido di fondo (e.g. dighe in terra e dam break erosivi), con rappresentazione delle forze di resistenza sul fondo e degli sforzi viscosi. I risultati ottenuti in quest’ambito si riferiscono alle seguenti attività:accoppiamento modellistico SHM-SPH per l’acquisizione delle mesh superficiali di SHM (SnappyHexMesh, OpenFOAM), usate come griglie di posizionamento per imporre le condizioni iniziali nel metodo DB-SPH (Amicarelli et al, 2013, IJNME), schema di riferimento per il trattamento delle condizioni al contorno e delle forze di resistenza sul fondo; estensione del metodo DB-SPH al trattamento di frontiere solide 3D di forma qualsiasi; implementazione di una nuova procedura di inizializzazione del coefficiente di Shepard integrale; generalizzazione del metodo DBSPH per l’assegnazione di cinematiche traslazionali generiche alle frontiere solide e il trattamento semplificato di sezioni di inlet e outlet; sequenza di validazioni della nuova soluzione modellisticabasata su metodo DB-SPH; realizzazione di un caso studio dimostrativo di dam break erosivo (su letto granulare) 2D per un “model inter-comparison” proposto da TUHH (Technical University of Hamburg); analisi di un crollo di diga in terra 3D su topografia complessa (trattato in precedenza), per una valutazione dell’influenza dell’angolo d’attrito; sviluppi numerici per l’implementazionedegli sforzi viscosi e delle forze di resistenza sul fondo, secondo il formalismo del metodo DB-SPH.
La modellazione SPH 3D di inondazioni con trasporto simultaneo di corpi solidi e materiale granulare: soluzioni modellistiche integrate. I risultati ottenuti in quest’ambito si riferiscono alle seguenti attività: accoppiamento numerico tra modello per flussi granulari e modello per il trasportodi corpi solidi; ottimizzazione delle simulazioni con trasporto multiplo di corpi solidi soggetti a impatto da dam break, con analisi degli effetti legati alla risoluzione spaziale; modellazione SPH 3D (test dimostrativo) per il trasporto di 5 tronchi d’albero in una riserva d’acqua a monte di una diga in terra, in condizioni di crollo incipiente (dam breach in scala 1:1).  Altre attività: misure dello speed-up computazionale in parallelo, considerando la modellazione 3D di uno sfioratore (con pila) e relative validazioni tramite confronto con le misure disponibili.

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