Studio dei fenomeni di transitorio idraulico con linguaggio modelica: applicazioni e validazioni sperimentali

The objective of this thesis is to analyze the potential of the Modelica language for modeling and simulating transient phenomena in pressurized hydraulic systems. The first chapter examines the theoretical background of hydraulic transients and the main modeling tools available. The second chapter introduces the Modelica language and its origins, followed by the presentation of the OpenModelica (OMEdit) simulation environment and the Modelica.Fluid and Modelica.Blocks libraries, which enable the development of the hydraulic models of interest. The first application, discussed in Chapter Three, focuses on the submarine pipeline of the Trieste aqueduct, selected as a validation case study. The Modelica model was compared with experimental data available in the literature, showing good qualitative agreement in reproducing the transient phenomenon under investigation. A detailed sensitivity analysis was then carried out to identify the parameters that most influenced the solution, allowing for the identification of the model’s optimal response. Chapter Four presents the modeling of a double-disc check valve, aimed at analyzing its dynamic response. The modeling was investigated both in a simplified configuration and through a mechanical representation of the discs; in the latter case, the model produced satisfactory results, confirming the potential of the Modelica language for transient analysis. Finally, chapter five presents the modelling of a nozzle check valve in the Modelica environment, with the aim of analyzing its dynamic response and comparing it with literature data. In this case as well, the model produced satisfactory results consistent with theoryThe results obtained demonstrate that Modelica is a valuable tool for simulating hydraulic transients, capable of coherently integrating fluid–structure interactions and providing effective support for the design and analysis of complex hydraulic systems.

Il presente elaborato di tesi ha come obiettivo quello di analizzare le potenzialità del linguaggio Modelica nella modellazione e simulazione dei fenomeni transitori in sistemi idraulici in pressione. Nel primo capitolo si analizza la teoria alla base dei transitori idraulici e sui principali strumenti di modellazione, successivamente, nel secondo capitolo, dopo un’introduzione del linguaggio Modelica e delle sue origini, si mostra l’utilizzo dell’ambiente di simulazione OpenModelica (OMEdit) e delle librerie Modelica.Fluid e Modelica.Blocks, che consentono la costruzione dei modelli idraulici di interesse. La prima parte applicativa, analizzata nel terzo capitolo riguarda la condotta sottomarina dell’acquedotto di Trieste, scelta come caso studio di validazione. Il modello sviluppato in Modelica è stato confrontato con i dati sperimentali presenti in letteratura, mostrando una buona coerenza qualitativa nel riprodurre il fenomeno transitorio di interesse, si è poi analizzato a fondo quali parametri avessero maggior influenza sulla soluzione potendo così individuare la risposta migliore del modello. Nel capitolo quattro viene realizzato un modello di check valve a doppio battente con lo scopo di analizzarne la risposta dinamica, la modellazione è stata analizzata sia in configurazione semplificata sia attraverso una modellazione meccanica dei battenti, in questo secondo caso la risposta del modello ha prodotto risultati apprezzabili confermando le potenzialità del linguaggio Modelica nello studio dei transitori. Infine, nel capitolo cinque viene mostrata la modellizzazione di una check valve a ugello sempre in ambiente Modelica con lo scopo di analizzarne la risposta dinamica confrontandola con i dati di letteratura, anche in questo caso il modello ha prodotto risultati apprezzabili coerenti con la teoria. I risultati ottenuti dimostrano che Modelica costituisce uno strumento utile per la simulazione dei transitori idraulici, capace di integrare in modo coerente le interazioni fluido–struttura e di fornire un supporto efficace alla progettazione e all’analisi di sistemi idraulici complessi.