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DRODINAMICA NAVALE
Il supporto fornito dalle simulazioni numeriche è fondamentale nella progettazione e nella realizzazione delle navi, sia nella fase di progettazione (e.g. per individuare la forma ideale) sia per studiare effetti come la risposta dell’imbarcazione al moto ondoso (manovrabilità) o il rumore generato dalle eliche. Si tratta di una tipologia di simulazioni molto complesse, in quanto necessitano di un’adeguata descrizione non solo dell’imbarcazione e di tutte le sue appendici esterne, come il timone o le barre antirollio, ma anche delle interazioni con la superficie libera in moto ondoso. Tale complessità, inoltre, aumenta ulteriormente nel caso sia necessario simulare la pre-senza dell’elica in rotazione. La simulazione numerica, oramai, complementa, se non addirittura sostituisce, le prove in vasca con modelli in scala, in quanto permette di risalire con un costo inferiore a un maggior numero di informazioni e a volte affianca le prove al vero, nelle quali si misura sperimentalmente il comportamento di una nave reale in funzione dello stato del mare, per pianificarle adeguatamente.
Offerta
Per questo tipo di problemi, il CASPUR, oltre alle solide conoscenze delle tecniche di parallelizzazione e di ottimizzazione dei codici (da notare che in genere si tratta di codici proprietari sviluppati dagli utenti stessi, che possono richiedere un significativo lavoro di Software Engineering), offre competenze di creazione e va-lidazione di griglie numeriche, sviluppo di codici multi-blocco ottimizzati, visualizzazione di flussi complessi. Infatti, il successo dello studio numerico, oltre a dipendere dall’accuratezza e dall’efficienza delle simulazioni, è fortemente legato alla qualità della griglia che rappresenta in tutti i suoi dettagli la carena della nave: si-mulando carene di un centinaio di metri di lunghezza bisogna risolvere anche appendici (e.g. barre antirollio) di dimensioni dell’ordine delle decine di centimetri. Se la griglia non è adeguata i risultati possono essere pesantemente falsati.
Collaborazioni
In questo campo il CASPUR vanta una collaborazione decennale con il CNR-INSEAN (Istituto Nazionale per Studi ed Esperienze di Architettura Navale), che risulta tra i maggiori utilizzatori del cluster Matrix al quale ha inoltre contribuito con l’aggiunta di 384 core.
Fig. 1 Avanzamento rettilineo di un modello di fregata in autopropulsione. Dati sperimentali (a destra) a confronto con la soluzione numerica (a sinistra). Il numero di Reynolds in scala modello è pari a 1,18x107.
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I campi principali di collaborazione sono:
• Sviluppo, ottimizzazione e parallelizzazione di codici di Sea-Keeping e Manovrabi-lità (Dott. R. Broglia, Dott. R. Muscari, Dott. S. Zaghi, Dott. D. Durante): si tratta di codici per lo studio della manovrabilità di una carena al cambiare dei fronti d’onda, delle tra-iettorie, etc. In questo modo si verificano vari comportamenti del natante nelle diverse situazioni che può incontrare in mare aperto o in approccio a un bacino.
• Codici level-set (Dott. A. Iafrati) utilizzati per la simulazione del comportamento del-l’interfaccia fluido aria, importante nelle situazioni in cui la produzione di bolle causa ru-more o perdita di efficienza dell’elica.
• Sviluppo e parallelizzazione di codici SPH (Dott. A. Colagrossi, Dott. S. Marrone) per la simulazione della creazione e della rottura di onde da parte della prora, necessaria per quantificare l’attrito generato e la stabilità della nave in funzione del fronte d’onda incidente.
Risultati
I codici sviluppati nell’ambito della collaborazione con il CNR-INSEAN sono attualmente utilizzati per progetti nazionali e internazionali di Idrodinamica Navale, come SubMotion II, NICOP-Catamarans e SES-UMich (finanziati dalla Marina Militare Italiana e dall’Office of Naval Research Statunitense). I lavori svolti, inoltre, sono stati oggetto di diverse pubblicazioni e presentazioni in contesti internazionali, suscitando vasto interesse.
Gruppo HPC Fluidodinamica e Fisica Giorgio Amati g.amati@caspur.it Michela Botti m.botti@caspur.it Federico Massaioli f.massaioli@caspur.it Marco Rorro m.rorro@caspur.it Francesco Salvadore f.salvadore@caspur.it
Bibliografia essenziale
Muscari, R., Felli, M., Di Mascio, A. (2011). Analysis of the Flow Past a Fully Appended Hull with Pro-pellers by Computational and Experimental Fluid Dynamics. J. Fluids Eng. 133.
Broglia, R., Dubbioso, G., Di Mascio, A. (2011). Prediction of Maneuvering Properties for a Tanker Model by Computational Fluid Dynamics, AVT PANEL, Specialists Meeting AVT-189/RSM-028 on “Asses-sment of Stability and Control Prediction Methods for NATO Air and Sea Vehicles”, Dstl Portsdown West Fareham, Hampshire (UK), 12-14, October 2011.
Broglia, R., Zaghi, S., Di Mascio, A. (2011). Numerical Simulation of Interference Effects for a High-Speed Catamaran. Journal of Marine Science and Technology 16, 254-269.
Maki, K.J., Broglia, R., Doctors, L.J., Di Mascio, A. (2012). Nonlinear Wave Resistance of a Two-dimen-sional Pressure Patch Moving on a Free Surface. Ocean Engineering 39, 62–71.
Broglia, R., Zaghi, S., Di Mascio, A. (2011). Analysis of the Interference Effects for High-Speed Cata-marans by Model Tests and Numerical Simulations. Ocean Engineering 38, 2110-2122.
Maki, K.J., Broglia, R., Doctors, L.J., Di Mascio, A. (2012). Numerical Investigation of the Components of Calm-Water Resistance of a Surface-Effect Ship. Submitted to Journal of Ship Research.
Fig. 2 Simulazione del flusso attorno ad uno scafo ad effetto di super-ficie. Il numero di Rey-nolds è pari a 2,56x107, il
