Modelli idraulici

I modelli matematici consentono di simulare il comportamento di un sistema idraulico quando l’eccessiva complessità del sistema stesso renda inapplicabili le usuali formule semplificate. L’utilizzo di software dedicati permette di risolvere per via numerica le equazioni della meccanica dei fluidi.

I modelli monodimensionali si utilizzano quando il moto si sviluppa lungo una direzione prevalente e le componenti della velocità nelle altre direzioni risultano trascurabili. E’ il caso dei canali, dei fiumi ben arginati o delle tubazioni. In ogni sezione modellata si ottiene l’andamento nel tempo della quota piezometrica e della portata.ModelliIdraulici-ModelloIdraulico1D-HEC-RAS

Da questi dati è possibile, nel caso del moto a pelo libero in un fiume:

  • tracciare il profilo idraulico
  • verificare se il livello idrico può superare o meno gli argini
  • ricavare le quote idriche nelle adiacenze degli argini
  • simulare la propagazione dell’onda di piena

I modelli bidimensionali si rendono necessari in presenza di significative componenti trasversali della velocità. E’ il caso dello studio delle aree alluvionabili da un corso d’acqua oppure di alvei ampi e irregolari per cui risulta difficile stabilire a priori l’andamento delle correnti di flusso. In ogni cella in cui è suddiviso il campo di moto (mesh 2D), si ottiene l’andamento nel tempo del livello idrico e delle due componenti orizzontali della velocità, da cui è possibile:ModelliIdraulici-ModelloIdraulico2D-InfoworksICM

  • definire le aree soggette ad inondazione
  • calcolare il rischio idraulico
  • stimare l’eventuale erosione del fondo
  • individuare i percorsi dei flussi
  • simulare la propagazione dell’onda di piena

I modelli tridimensionali tengono conto delle componenti della velocità in tutte le direzioni. Trovano applicazione tra l’altro nello studio degli organi di scarico delle dighe, delle condotte forzate di impianti idroelettrici, delle opere marittime, consentendo un’analisi approfondita del fenomeno prima dell’eventuale realizzazione di modelli fisici. In ogni cella in cui è suddiviso il campo di moto (mesh 3D) si ottiene l’andamento nel tempo della pressione e del vettore velocità, da cui è possibile, per esempio:ModelliIdraulici-ModelloIdrauico3D-Flow3D

  • definire con precisione la superficie idrica
  • calcolare gli sforzi sui contorni del moto
  • studiare la trasmissione, riflessione, diffrazione di onde
  • valutare il rischio di cavitazione in condotte in pressione

Per una buona attendibilità dei risultati è essenziale porre particolare attenzione alla definizione delle condizioni al contorno ed alla taratura del modello, problematiche nelle quali 2MPA può vantare una qualificata esperienza.

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