La CFD al servizio dell ambiente: simulazione di trasporto e diffusione di inquinan2 nel mare in seguito ad even2 catastrofici

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1 La CFD al servizio dell ambiente: simulazione di trasporto e diffusione di inquinan2 nel mare in seguito ad even2 catastrofici Ing. Filippo Palo, XC Engineering Srl Ing. Raul Pirovano, XC Engineering Srl

2 Indice della presentazione Obie%vo e Strumen/ u/lizza/: l importanza della simulazione per la tutela dell ambiente il software FLOW-3D il modello delle onde e la flessibilità degli scalari Customizzazione del codice: definizione della quantità scalare trasformazione da scalare passivo a scalare attivo customizzazione della sorgente di massa customizzazione per il linking tra corpi mobili Test di verifica del codice: test 2D di verifica dei modelli prova 3D su caso complesso reale: nave incagliata prova 3D su caso complesso reale: nave in navigazione

3 Obiettivo e Strumenti Utilizzati Perché simulare scenari catastrofici? Riuscire a simulare tempestivamente e con accuratezza le conseguenze dovute alla fuoriuscita di carburante da una nave può essere determinante per attuare tutte le contromisure atte a limitare il più possibile i danni. Perché la CFD? Estremamente accurata Sufficientemente veloce Duttile nello studio di vari scenari

4 Obiettivo e Strumenti Utilizzati Perché il so6ware commerciale FLOW- 3D? Modelli TruVOF per tracciare la superficie libera

5 Obiettivo e Strumenti Utilizzati Perché il so6ware commerciale FLOW- 3D? Modelli TruVOF per tracciare la superficie libera Modello per oggetti mobili

6 Obiettivo e Strumenti Utilizzati Perché il so6ware commerciale FLOW- 3D? Modelli TruVOF per tracciare la superficie libera Modello per oggetti mobili Codice sorgente disponibile e customizzabile Mesh cartesiana ortogonale che semplifica le routine Accurati modelli per la simulazione del moto ondoso

7 Obiettivo e Strumenti Utilizzati Modelli di onde na?vi nel so6ware [1/2] 1. Onde Lineari 2. Onde di Stokes (Fenton al quinto ordine) 3. Onda Solitaria

8 Obiettivo e Strumenti Utilizzati Modelli di onde na?vi nel so6ware [2/2] 4. Onde Casuali: Ottenute come sovrapposizione di 1000 componenti lineari di onde a diversa ampiezza, periodo e fase iniziale; l elevazione η è calcolata come: dove l ampiezza a j è calcolata dallo spettro energetico: a) Spettro di Pierson-Moskowitz: valido per moto ondoso completamente sviluppato in mare aperto Con pulsazione al picco dello spettro e U 10 velocità del vento 10 metri sopra il livello del mare b) Spettro di JONSWAP: valido per onde generate da un vento che spira su una lunghezza di mare(di Fetch) limitata con, F lunghezza di Fetch, e, σ=0.07 se ω ω p,σ=0.09 se ω ω p c) Spettro energetico sperimentale importato da file di testo

9 Il modello per il carburante Cosa c è a disposizione in FLOW- 3D: Cosa si può implementare:

10 Il modello per il carburante Cosa c è a disposizione in FLOW- 3D: Cosa si può implementare: modello di scalare «passivo»

11 Il modello per il carburante Cosa c è a disposizione in FLOW- 3D: Cosa si può implementare: equazioni di trasporto e diffusione di uno scalare modello di scalare «passivo»

12 Il modello per il carburante Cosa c è a disposizione in FLOW- 3D: Cosa si può implementare: equazioni di trasporto e diffusione di uno scalare modello di scalare «passivo» un modello più complesso per la valutazione locale della densità

13 Il modello per il carburante Cosa c è a disposizione in FLOW- 3D: Cosa si può implementare: equazioni di trasporto e diffusione di uno scalare un modello più complesso per la valutazione locale della viscosità modello di scalare «passivo» un modello più complesso per la valutazione locale della densità

14 Il modello per il carburante Cosa c è a disposizione in FLOW- 3D: Cosa si può implementare: un modello più complesso di sorgente di massa equazioni di trasporto e diffusione di uno scalare modello di scalare «passivo» un modello più complesso per la valutazione locale della viscosità un modello più complesso per la valutazione locale della densità

15 Customizzazione del sokware

16 Customizzazione del software Definizione della quan?tà scalare possibilità di aggiungere un numero pressoché infinito di quantità scalari di cui fare il tracking. definita una quantità oil, rappresentante la concentrazione volumetrica locale di oil rispetto all acqua. quantità compresa tra [0,1]. questa nuova quantità verrà trasformata da passiva in attiva.

17 Customizzazione del software Modifica delle proprietà del fluido funzioni parzialmente open source del codice di FLOW-3D possono essere modificate per agire direttamente sul modello di trasporto di quantità scalari si introducono nel codice gli effetti sulle proprietà fisiche del fluido che più incidono sul movimento dell inquinante: densità e viscosità modificando tali quantità localmente in funzione della concentrazione puntuale «c» è possibile influenzare e modificare il movimento dello scalare, tenendo conto di effetti di galleggiamento resistenze aggiuntive miscelazione dei fluidi densità e viscosità vengono modificate secondo una legge lineare: ρ= ρ o c+ ρ w (1 c) μ= μ o c+ μ w (1 c)

18 Customizzazione del software Customizzazione della sorgente di massa nel software è presente una funzione nativa per creare una sorgente di massa con portata costante o prescritta. verrà usata la sorgente di massa per immettere oil nel mare, rappresentativa di un serbatoio danneggiato. la portata immessa dal serbatoio viene modificata come funzione di un quantitativo totale contenuto, di un battente, e della pressione esterna: Q ( x,t)=f( V 0, h 0, p ext ( x,t))

19 Customizzazione del software Customizzazione per il linking tra sorgente di massa mobile e scafo mobile in FLOW-3D è possibile simulare il comportamento di svariati corpi mobili, di moto libero e totalmente accoppiato col fluido. nel nostro caso vogliamo introdurre uno scafo libero di galleggiare sulla superficie libera, a cui associeremo anche la sorgente di massa. nel modello nativo tuttavia ciascun corpo mobile può essere limitatamente vincolato agli oggetti circostanti (corde, molle, etc ). Manca un link rigido per vincolare il serbatoio allo scafo. è stata personalizzata la routine dedicata al moto dei corpi mobili, per far sì che il serbatoio segua rigidamente lo scafo.

20 Verifica dei modelli

21 Test 1: massa di olio in una corrente

22 Test 2: introduzione di olio in un bacino

23 Test 3: linking tra più component

24 Test su casi 3D complessi [1/3]

25 Test su casi 3D complessi [2/3]

26 Test su casi 3D complessi [3/3]

27 Fine della Presentazione - Grazie per l apenzione -

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