Simulazione numerica di onde a fronte ripido

Non sempre i fenomeni di moto vario nelle correnti si svolgono nel rispetto della gradualità del moto. Tipico esempio sono le onde di traslazione a fronte ripido che nascono, soprattutto nei canali di impianti idroelettrici, quando si determinano brusca variazioni della portata, sia in entrata che in uscita.
Nel frequente caso in cui la portata immessa a monte aumenti bruscamente, l’esperienza ci dice che si determina un brusco innalzamento del pelo libero che dà luogo ad un’intumescenza che si propaga verso valle.
La forma dell’ intumescenza può essere diversa in relazione ai valori delle altezze idriche, presentandosi con fronte più o meno ripido, talvolta spumeggiante per un vortice superficiale, talvolta accompagnato da una serie di ondulazioni del pelo libero; comunque di caratteristiche tali che, in corrispondenza del fronte stesso, il moto non può certamente ritenersi graduale.

L‘obiettivo di questo lavoro di tesi è stato quello di analizzare una serie di casi in cui si generano e si propagano onde a fronte ripido.
Le simulazioni numeriche sono state effettuate con l’ausilio di un software agli elementi finiti bidimensionale HIVEL2D
Il modello agli elementi finiti risolve le SHALLOW WATER EQUATION scritte in forma conservativa nel campo bidimensionale. mediante il metodo numerico Galerkin-Petrov.

HIvel non include gli effetti della forza di Coriolis e l’azione del vento, effetti tipicamente poco influenti in problemi di correnti ad alta velocità.

Il lavoro di tesi è stata articolato nel seguente modo:

Nel primo capitolo si illustrano le SHALLOW WATER EQUATION (equazioni delle acque basse) che sono alla base del codice di calcolo HIVEL2D.

Nel secondo capitolo vengono spiegate le caratteristiche ed il funzionamento del software HIVEL2D.

Il capitolo terzo è stato utilizzato per validare il software confrontando i risultati delle simulazioni numeriche con formule analitiche e valori sperimentali.

Nel quarto capitolo sé è applicato il software HIVEL2D per effettuare simulazioni numeriche sia in casi monodimensionali che bidimensionali.

L’Appendice A è dedicata alle equazioni che governano il moto delle correnti a pelo libero in campo monodimensionale, sia per correnti in moto gradualmente variato che in condizioni di onde a fronte ripido.
L’appendice B tratta l’impatto di correnti su paratoie rigide, utilizzando, per determinare il valore della spinta, il modello della REFLECTED WAVE e del JET LIKE.