Questa simulazione è stata ispirata dal video "90 ft. Vertical Spike Wave in Slow Mo" che mostra i risultati di un esperimento condotto dal FloWave Ocean Energy Research Facility. Utilizziamo parte del loro video per confrontare i risultati con la nostra simulazione. https://www.youtube.com/watch?v=iWKFPTgkpXo&t=105s Onda con picco verticale La Vertical Spike Wave è il risultato di un'onda concentrica che viaggia verso il suo centro. A seconda della sua velocità, l'onda può collidere nel mezzo e formare un picco d'acqua. Quest'onda può essere generata in una vasca circolare dotata di pannelli mobili su tutta la lunghezza del perimetro che spingono in un unico movimento coordinato l'acqua verso il centro. I pannelli devono essere attivati simultaneamente con lo stesso movimento per far sì che le onde viaggino in un unico movimento e si scontrino alla stessa velocità e con la stessa energia. Se la velocità è abbastanza alta, il livello dell'acqua al centro della piscina aumenterà notevolmente generando uno stretto ed alto picco [Figura 1], per poi ricadere a mo’ di fontana. Onda con picco verticale Configurazione del modello su FLOW-3D® FLOW-3D è stato utilizzato per impostare la simulazione della Vertical Spike Wave ed il risultato è stato elaborato su FlowSight. Per modellare l'onda circolare la mesh è stata definita in coordinate cilindriche: questo ha permesso di simulare solo una parte della piscina [Figura 2] e di duplicarla successivamente su FlowSight per dare l’impressione che l'intera piscina sia stata modellata. Figura 2 - Setup FLOW-3D La maggior parte delle misure sono note dal video di The Slow Mo Guys, così è stato possibile dare alla simulazione le dimensioni reali. La piscina è larga circa 50 metri ed è dotata di 168 pannelli. Abbiamo stimato che i pannelli impieghino all’incirca 4s per compiere un movimento completo avanti e indietro, inclinandosi di un angolo di 17.2°. Per impostare la simulazione, è stato creato la vasca direttamente su FLOW-3D utilizzando le capacità di modellazione geometrica di base fornite dal software, mentre il pannello è stato importato come file STL [Figura 3]. Quest’ultimo è stato configurato come oggetto in movimento a cui è stato applicato il movimento definito in precedenza. All'inizio l'acqua è completamente immobile e si è verificato che una sola spinta è sufficiente per creare il picco d’onda cercato. Pannelli di spinta dell'acqua Risultati Il movimento complessivo e l'energia corrispondono alla realtà con un'ottima precisione. Alcune differenze sono visibili solo nella parte superiore del picco, che nella realtà frange: questi effetti sono trascurabili per il nostro confronto, ma potrebbero essere presi in considerazione con una simulazione completa 3D e 2 fluidi. Figura 4 - L'esperimento e la simulazione fianco a fianco … [Read more...]
(English) Increasing Discharge Capacity with the Piano Key Weir
Ci spiace, ma questo articolo è disponibile soltanto in Inglese Americano e Francese. … [Read more...]
Simulazione ibrida shallow-water/3D del cedimento di una diga su una topografia reale
La simulazione idrica e ambientale dell'effetto del cedimento di una diga su una topografia di estensione reale era, fino a pochi anni fa, un obiettivo molto difficile a causa dell’elevata onerosità del calcolo. Una innovativa funzionalità di FLOW-3D®, presente a partire dalla versione 11.0, permette di utilizzare un approccio ibrido, accoppiando una simulazione 3D completa nella zona della diga, dove gli effetti tridimensionali del flusso di acqua sono più importanti, ad un approccio ad “acque basse” nelle zone più lontane. Questo consente di ottenere una soluzione per simulare velocemente e precisamente questo tipo di problemi. Inoltre, dalla versione v11.1 di FLOW-3D®, è possibile importare facilmente il file raster contenente la topografia con un solo click, rendendo la fase di setup una questione di pochi minuti. https://www.youtube.com/watch?v=Q7x55ohyDxA Video 1 : Overall view Nella simulazione è stata utilizzata una topografia reale di un lago con montagne: l'estensione del dominio computazionale è di circa 5'000 km2 ed è stata creata un'ipotetica grande diga all'interno della topografia. Utilizzando tutti i modelli fisici descritti in precedenza ed il modello “General moving objects” per simulare il cedimento della diga in modo accurato in 3D, è stato possibile prevedere l'effetto del cedimento, la zona interessata e la zona sommersa nella topografia. La simulazione dura più di 35 minuti in tempo reale, simulando in modo transitorio l'impatto dell'acqua sulla topografia fino al completo svuotamento del bacino. La portata attraverso la diga ceduta è un interessante risultato della simulazione. Tutto il post-processing è stato eseguito grazie alle numerose features del software dedicato FlowSight, tra cui: telecamera in movimento, diverse colorazioni realistiche per la topografia e l'acqua, regolazione fine delle trasparenze e dei riflessi della luce per rendere la visualizzazione più realistica possibile, uso di texture per rappresentare la superficie della diga, telecamera in movimento per seguire il percorso del fluido, diversi grafici e viewport per mostrare in un'unica visualizzazione tutti gli aspetti critici della simulazione. https://www.youtube.com/watch?v=xsKx4L9QThI Video 2 : flow depth Il video 1 rappresenta una visione d'insieme del flusso d'acqua con colori realistici. Il video 2 invece è un'analisi più "scientifica": l'acqua viene colorata con la profondità del fluido, utilizzando una scala cromatica a 20 colori per evidenziare la differenza di profondità anche su porzioni ridotte della scala, ed il terreno viene colorato con la quota. Infine, viene riportato un grafico della portata attraverso un diaframma posizionato in corrispondenza del muro della diga. Nelle immagini viene salvata una serie di rendering realistici, alcuni dei quali con un'evoluzione nel tempo. … [Read more...]
Simulazione di una turbina Pelton – dal transitorio di innesco alla condizione di regime
Le turbine Pelton (o ruote Pelton) sono tra i tipi di turbina ad oggi maggiormente utilizzate nel mondo per la generazione di corrente elettrica negli impianti idroelettrici per via della loro elevata efficienza. Il loro progetto risale al 1870 tuttavia, pur con alcune modifiche, risultano ancora la prima scelta per i moderni impianti idroelettrici. In una turbina Pelton l'energia è estratta dall'energia cinetica dell'acqua, al contrario di altri tipi di turbina in cui si sfrutta la pressione idrostatica: l'acqua, in arrivo da un bacino a monte, è accelerata ed espulsa contro le pale della turbina. La geometria della pala è studiata opportunamente per poter assorbire la maggior parte di energia cinetica dell'acqua, innescando la rotazione. La velocità di rotazione della turbina è poi convertita in corrente elettrica attraverso un generatore. La simulazione analizza il transitorio di avvio della turbina, dove dell'acqua a 100 m/s viene fatta impattare sulle pale della Pelton inducendo una coppia ed una accelerazione angolare. https://www.youtube.com/watch?v=lb2xEbHmWKw Tutte le geometrie e i dati utilizzati nella simulazione sono realistici e coerenti con i fenomeni reali: la geometria della ruota ha una forma e delle proprietà di massa reali, il fluido è acqua con una velocità ragionevole, e l'ugello contiene una valvola a due vie, utilizzata nelle turbine reali per regolare la portata dell'acqua. Interessante è il grafico della velocità angolare della ruota. Per le turbine Pelton, è noto che l'efficienza massima si raggiunge quando la velocità periferica della ruota è circa la metà della velocità dell'acqua all'ugello. A tale scopo, al centro dell'ugello è stata posizionata una sonda per monitorare la velocità del fluido, mentre un'altra sonda è stata collegata ad un apaletta della ruota per rilevare la velocità periferica. Le due grandezze possono essere visualizzate direttamente in uscita dalla simulazione. I video fanno un ampio uso delle caratteristiche di Flowsight: trasparenza basata sul valore delle variabili, telecamera in movimento, regolazione fine della luce e dei riflessi, visualizzazione multi-plot e multi-viewport. https://youtu.be/TddbeL1lK9I … [Read more...]
