Il rapporto descrive le attività di Ricerca di Sistema svolte nell’ambito del progetto “Sicurezza dei bacini idroelettrici italiani e utilizzo ottimale della risorsa idrica” (Area “Produzione e Fonti energetiche”) relativamente all’attività di Strumenti numerici a scala di dettaglio per problemi idrodinamici in impianti, che riguarda la messa a punto e l’applicazione di strumenti basati su modellistica innovativa tridimensionale. L’obiettivo è sviluppare strumenti di simulazione previsionale per stimare, con un adeguato rapporto tempo di calcolo-accuratezza, una serie di grandezze (torbidità, velocità e linee di corrente dell’acqua, variazione della quota del fondo erodibile dell’invaso) rappresentative dei principali processi idraulico-sedimentologici che provocano l’interrimento dell’invaso. A tale fine (proseguendo ed estendendo una attività avviata nella precedente RdS) sono stati messi a punto due metodologie basate sulla modellistica numerica, secondo una schematizzazione pienamente tridimensionale, che si differenziano per la presenza o meno di una mesh di calcolo (o reticolo di discretizzazione), rispettivamente: la metodologia CFD (Computational Fluid Dynamics) di tipo “euleriano”, e la metodologia SPH (Smoothed Particles Hydrodynamics) di tipo “lagrangiano” che è anche detta di tipo “meshless” (che non richiede cioè la costruzione di una mesh di calcolo). Le equazioni e gli algoritmi risolutivi utilizzati per il modello CFD sono stati definiti sulla base della libreria modellistica messa a disposizione dal codice di calcolo commerciale ANSYS-CFX, nel quale sono state sviluppate ed inserite alcune routine utente realizzate ad hoc per trattare la condizione al contorno all’interfaccia acqua-fondo erodibile. Le equazioni e gli algoritmi risolutivi utilizzati per il modello SPH sono implementati nel codice SPHERA sviluppato in CESI RICERCA ed originariamente messo a punto per lo studio di caduta frane in invasi. Il modello CFD è stato ulteriormente migliorato, a seguito di problemi evidenziati con l’applicazione ad un caso test, in modo da ottenere maggiore accuratezza senza incrementare i tempi di calcolo. La funzionalità del modello è stata valutata su un caso test tridimensionale (per il quale sono disponibili delle simulazioni numeriche da letteratura) che rappresenta una schematizzazione idealizzata dell’erosione localizzata del fondo e della mobilizzazione di sedimenti indotta da un flusso di acqua che investe una struttura sommersa. Le attività effettuate per il modello SPH hanno introdotto fondamentali miglioramenti e nuove funzionalità nel codice SPHERA mediante una serie di interventi riguardanti l’implementazione di nuove tipologie di condizioni al contorno, di un modello per trattare flussi rapidamente variati con interazione tra mezzi liquidi e solido granulare e di un modello per la simulazione di fenomeni di diffusione mutua tra due fluidi miscibili (modello bifluido). Inoltre è stata migliorata l’efficienza computazionale (in termini di tempo di calcolo e stabilità degli algoritmi) ottimizzando la struttura informatica del codice ed includendo algoritmi per sfruttare la tecnologia multiprocessore mediante appositi paradigmi di parallelizzazione. Le funzionalità del modello e l’efficacia dei miglioramenti introdotti in SPHERA sono stati valutati sulla base di casi test bidimensionali con e senza trasporto solido e di un caso test tridimensionale di ‘flushing’ in una canaletta con presenza di acqua e materiale solido (sabbia) sul fondo, nella quale è stato mantenuto costante il livello durante tutto il transitorio. I risultati di quest’ultimo caso sono stati confrontati con quelli ottenuti durante l’attività RdS del precedente anno con un modello CFD e con i dati sperimentali del modello fisico in scala.