L’analisi fluidodinamica computazionale (CFD) di macchine a fluido per la conversione di energia marina da moto ondoso rappresenta un’attività di rilievo ai fini della valutazione di scenari di rottura di un particolare dispositivo e per la stima della sua efficienza. Tra le tecniche CFD, il metodo numerico SPH è particolarmente adatto alla simulazione di onde marine e di turbine idrauliche con flussi a superficie libera.

Il presente studio introduce nel codice SPHERA (2022, [1]) nuove funzionalità per la simulazione della propagazione di onde marine lineari, della loro potenza trasportata, delle interazioni onde-struttura in presenza di corpi solidi galleggianti a geometria complessa e di generatori d’onda a parete sottile. Si tratta di due schemi numerici conservativi, consistenti e stabili (SPH-ALE3-LCm,pC0 e SPH-ALE3-LCmC1), e dell’estensione dello schema per corpi solidi a strutture con geometria complessa di forma qualsiasi.

Le validazioni sono ottenute tramite confronto con esperimenti di laboratorio e soluzioni esatte in forma chiusa. Si ottengono errori trascurabili per il momento angolare e la velocità di un flusso alla Couette sferico, oltre a migliorie nella stima della pressione sulle superfici solide, rispetto a uno schema tradizionale SPH. L’errore nel trasporto della potenza specifica delle onde marine è +12% rispetto a -84% di uno schema SPH tradizionale. Il Mean Gross Error del momento torcente esercitato da un’onda marina periodica su un’imbarcazione in scala è l’11.2%, prestazione analoga a un modello SPH allo stato dell’arte (12.7%), ma qui ottenuta riducendo di 27 volte il numero di nodi computazionali attorno all’imbarcazione. Si riporta inoltre una simulazione dimostrativa del dispositivo di energia marina WAVESAX (RSE SpA).

È stata realizzata la nuova versione del codice SPHERA v.10.0.0 (RSE SpA), con guida, tutorial e strumenti software accessori, disponibili gratuitamente su github.com come FOSS (Free/Libre & Open-Source Software). Le simulazioni numeriche eseguite tramite il codice SPHERA (2022, [1]) hanno utilizzato ore di calcolo fornite da progetti HPC (calcolo ad elevate prestazioni). Queste risorse strumentali sono state ottenute tramite bandi nazionali competitivi ISCRA per attività di ricerca.