Simulazione numerica di un generatore di onde a pistone oscillante

Negli ultimi anni lo studio del moto ondoso è diventata una branca molto importante della fluidodinamica; infatti le molteplici applicazioni di tale studio hanno reso indispensabile un’analisi accurata del comportamento delle onde d’acqua: dall’erosione delle coste alla progettazione di piattaforme petrolifere, dalla progettazione di sistemi di protezione dalle mareggiate alla produzione di energia da fonti rinnovabili. La ricerca di fonti di energia alternative è diventato un tema molto attuale in questo periodo a causa del costante aumento di domanda di energia dovuto ai paesi emergenti (Cina e India su tutti) e della continua fatica con cui l’offerta di idrocarburi tenta di soddisfare tale domanda. In quest’ottica, volendo sfruttare l’energia delle onde, è indispensabile affrontare il problema attraverso uno studio approfondito della dinamica e degli effetti del moto ondoso. Poiché le onde sono soggette a innumerevoli forze e risultano dipendenti da altrettante variabili, si è reso necessario ricorrere a modelli riprodotti artificialmente in laboratorio che cercano di coglierne l’essenza del comportamento. Impiegando tali modelli, a fronte di una minore generalità rispetto al fenomeno naturale, è possibile estrapolare dati di grande rilevanza con diversi vantaggi: minor tempo e costo rispetto alle rilevazioni sperimentali; migliore controllo sui parametri dell’esperimento; riproducibilità dei test case; più facile adattamento delle sperimentazioni a più diversi ambiti scientifici. Si è scelto di approfondire il comportamento di onde prodotte artificialmente in laboratorio attraverso vasche di adeguata forma e dimensione provviste di un generatore di onde a pistone (piston-type wavemaker); partendo da test case più semplici si arriverà, nel corso della trattazione, a riprodurre la sperimentazione eseguita nel wave tunnel del Laboratorio di Ingegneria delle Coste (LIC) del Politecnico di Bari presente a Valenzano (BA). Per descrivere la fluidodinamica delle onde si ricorrerà ad un codice di CFD, “Computational Fluid Dynamics”, ovvero ad una simulazione numerica al calcolatore. Una simulazione virtuale permette di avere un più facile controllo del fenomeno, fissando i vari parametri, controllando le variabili in gioco e misurando istantaneamente i risultati ottenuti. Per le simulazioni sono state risolte le equazioni di Navier-Stokes non stazionarie per flussi incomprimibili discretizzate mediante un approccio ai volumi finiti utilizzando il software commerciale di simulazione fluidodinamica “Fluent”. Nella fase di preparazione (preprocessing) dei domini di calcolo è stato utilizzato il software “Gambit”; le griglie ottenute sono state poi importate in Fluent per essere utilizzate nella simulazioni.