Development of a CFD framework for rainbowing operations in hydraulic dredging activities

In dredging operations, the "rainbowing" is a sediment-laden water jet used to discharge material above the seawater level in land reclamation activities. To control this process, an empirical experience-based approach has been widely used, but procedures can be improved with a better and deeper comprehension of the phenomenon. Computational Fluid Dynamics (CFD) represents a useful tool to support this objective. This thesis provides preliminary steps toward the assessment of a CFD framework for the simulation of rainbowing in dredging applications, analyzing cases with increasing complexity: beginning with a water-air jet, followed by a particle-laden air jet and finally simulating a reduced-scale realistic rainbowing process. For each case, numerical convergence is examined and results are compared with available reference data. Although validation data for the full rainbowing process are not currently available, the simulations provide physically consistent results and offer interesting insights into the governing mechanisms of the phenomenon.

In operazioni di dragaggio, il "rainbowing" è un getto d'acqua carico di sedimenti usato per scaricare materiale sopra il livello del mare in attività di recupero e bonifica di territori. Per controllare questo processo, un approccio empirico basato sull'esperienza è finora fortemente diffuso, ma le procedure possono essere migliorate con una migliore e più profonda conoscenza del fenomeno. La fluido-dinamica computazionale (CFD) rappresenta uno strumento utile per supportare questo obiettivo . Questa tesi fornisce passi preliminari per la definizione di un framework CFD per la simulazione del rainbowing in applicazioni di dragaggio, analizzando casi con complessità crescente: a partire da un getto acqua-aria, seguito da un getto d'aria con trasporto di particelle e infine simulando un realistico processo di rainbowing su scala ridotta. Per ogni caso, sono effettuate analisi di convergenza numerica e i risultati sono confrontati con dati disponibili di riferimento. Sebbene dati di validazione per l'intero processo di rainbowing non siano attualmente disponibili, le simulazioni forniscono risultati fisicamente coerenti e offrono spunti interessanti sui meccanismi di governo del fenomeno.