COMPARATIVE STUDY AND SENSITIVITY ANALYSIS OF COMPUTATIONAL HYDRAULIC MODELS FOR FREE SURFACE FLOWS.

Computational Fluid Dynamics (CFD) is a technique which allows the resolution of fluid dynamics problems with the help of computers. It has been used in both industrial and research field in many application regarding fluid actions (aerodynamic forces, engines, pumps, chemical plants, environmental comfort, etc.). Nowadays many different commercial software programs resolve, using this technique, the fluid dynamics equations. CFD is mainly used to solve Navier-Stokes equations and other connected equations. The analytical resolution is feasible only in simple cases using a laminar flow, basic geometries (sphere, flat plates), however the resolution of real cases, in which turbulent flows frequently appear, necessarily requires a numerical approach. Computational hydraulics is concerned with the application of CFD tools to hydraulic problems. In the following project some of the 2D programs most frequently used in the hydrodynamic field will be compared with a particular reference to RiverFlow2D, HECRAS 2D, BASEMENT and IBER software; analyzing the relative performances and user-friendliness. The results will be compared using some benchmark tests, provided by UK Benchmark (UK-gov, 2013), which have currently become a standard benchmark for hydraulic models. The present work was developed at the Fluid Dynamics Department of the University of Zaragoza (Spain) under the supervision of Prof. Pilar García-Navarro and of Prof. Gabriella Petaccia of the University of Pavia (Italy) in the framework of the Erasmus+ study program.

STUDIO COMPARATIVO ED ANALISI DI SENSIBILITA’ DI MODELLI IDRAULICI COMPUTAZIONALI PER FLUSSI A SUPERFICIE LIBERA. La fluido dinamica computazionale (CFD) è la tecnica che permette di risolvere i problemi legati alla fluido dinamica mediante l’utilizzo dei computer. E’ utilizzata sia nei settori industriali che in quelli della ricerca in molte applicazioni riguardanti le forze fluidodinamiche (forze aerodinamiche, motori, pompe, impianti chimici, comfort ambientale, etc.). Al giorno d’oggi molti software commerciali risolvono, utilizzando questa tecnica, le equazioni fluido dinamiche. La CFD è principalmente utilizzata per risolvere le equazioni di Navier-Stokes e altre ad esse connesse. La risoluzione analitica è applicabile solo nei casi più semplici utilizzando flussi laminari, geometrie basiche (sfere, lastre piane); i casi reali, nei quali avvengono fenomeni più complessi come ad esempio flussi turbolenti, richiedono necessariamente un approccio numerico per la risoluzione del problema. L’ idraulica computazionale dunque si occupa di applicare gli strumenti utilizzati dalla CFD ai problemi idraulici. Nel seguente progetto vengono comparati alcuni tra i programmi più frequentemente utilizzati nel campo dell’ idrodinamica con particolare attenzione a RiverFlow2D, HECRAS 2D, BASEMENT e IBER; analizzando le relative performance e la facilità di utilizzo da parte di un utente inesperto. I risultati delle analisi saranno paragonati attraverso l’utilizzo di alcuni test di riferimento forniti dalla UK Benchmark (UK-gov, 2013), i quali sono attualmente diventati uno standard di riferimento per le analisi di modelli idraulici. Il lavoro seguente è stato sviluppato nel Dipartimento di Fluido Meccanica dell’ Università di Saragozza (Spagna) sotto la supervisione delle Professoresse Pilar García-Navarro e Gabriella Petaccia dell’Università degli studi di Pavia, nell’ambito del programma di studio Erasmus+.