Následující příspěvek se zabývá porovnáním referenční studie z TU Graz [1] se simulací namodelovanou podle studie v programu RWIND.
V referenční studii bylo testováno rozložení tlaku na kvádrovém tělese při zkoušce ve větrném tunelu. Následně byly experimenty namodelovány v programech ABAQUS a ANSYS a výsledky byly navzájem porovnány.
Sledováno bylo proudění podél delší (podélné) a kratší strany budovy (příčné) se 2 profily proudění. Protože výsledky obou profilů větru jsou velmi podobné, byla pro toto porovnání zvolena pouze vyšší rychlost proudění.
Stejně jako v referenční studii byly vyhodnoceny hodnoty Cp na svislé střednici pro podélné a příčné proudění. Při experimentu byla použita data senzorů sond umístěných ve středové linii. Výsledky srovnání jsou uvedeny níže. Body křivek z referenční studie byly načteny pomocí nástroje ENGAUGE Digitizer, a proto nejsou proloženy.
419x
9x
1069x
21x
Nejprve si povšimněme, že všechny 3 hustoty sítí v programu RWIND dobře korelují. Jemnější síťování proto není nutné. Zdá se, že 3 simulace v programu RWIND se přibližují bodům z experimentu lépe než simulace v programech ABAQUS a ANSYS. Odchylka od ostatních dvou řešičů je zvláště ve středu zkušebního tělesa velmi velká.
V programech ABAQUS a ANSYS je znatelný nárůst hodnot Cp směrem dolů. Pokus to nemůže potvrdit kvůli nedostatku senzorů v oblasti, ale výsledky se zdají být fyzikálně nelogické. RWIND tuto anomálii nevykazuje. Celkově se zdá, že výsledné hodnoty Cp z programu RWIND odpovídají lépe hodnotám z experimentu, a to i přes jednodušší tvarové funkce, a tudíž i menší výpočetní náročnost.
Pro příčné proudění lze vyvodit stejné závěry jako pro podélné. Výsledky citované srovnávací studie se zde blíží experimentálním výsledkům více než u podélného proudění, ale výsledky z programu RWIND vykazují srovnatelnou shodu. I zde lze pozorovat anomálii průběhů Cp v blízkosti země.
Kromě vyhodnocení hodnot na svislé střednici jsou ve srovnávací studii k dispozici barevné obrázky pro tenzor hodnot Cp. Lze proto porovnat rozdělení hodnot Cp na různých plochách.
Obrázky z experimentu je třeba prohlížet s opatrností. Vzhledem k poměrně nízkému počtu tlakových čidel je znázornění isolinií spíše předpokladem než výsledkem měření. Zvláště na okrajích mohou být skutečné hodnoty Cp výrazně nižší, ale právě v této kritické oblasti nejsou žádné sondy.
Zde je třeba poznamenat, že v zobrazení výsledků programu RWIND je k dispozici pouze poloviční počet barev pro diskrétní rozsahy hodnot než v programu ABAQUS a pro experiment, a proto by měly být vizuálně porovnávány odpovídající rozsahy hodnot spíš než barvy samotné. Dále je v zájmu přehlednosti použita ze srovnávací studie pouze simulace v programu ANSYS. Program ANSYS mívá obvykle lepší výsledky, ale celkově vykazují výsledky mnohem větší shodu než například výsledky z programů ABAQUS a RWIND.
Pro podélné proudění se na přední straně výsledky pro středovou linii shodují. Zdá se, že simulace v RWINDu má i plošně lepší hodnoty Cp lépe než ANSYS, ale rozdělení je ve všech vzorových obrázcích velmi podobné.
Zvýšení hodnot v půdorysné oblasti na výše popsaném obrázku z programu ANSYS se zde také objevuje a není potvrzeno experimentem ani programem RWIND.
Opět lze také pozorovat, že ve všech simulacích hodnota Cp prudce klesá směrem k okraji objektu, v experimentu však nikoli. Rozdíl je pravděpodobně způsoben absencí senzorů v této oblasti.
Celkově lze říci, že simulace na návětrné straně je v programu RWIND velmi přesvědčivá, zejména s ohledem na relativně malé požadavky a náročnost modelování ve srovnání s jinými programy.
Na sací straně se situace od návětrné strany liší. Zatímco rozdělení hodnot Cp v programu RWIND odpovídá simulaci o něco lépe než simulace v ANSYSu, konkrétní hodnoty jsou výrazně nižší. S výjimkou přítokové hrany rozdělení hodnot v programu RWIND spíš odpovídá experimentu než program ANSYS. V obou CFD simulacích jsou lokální minima na přední hraně, v programu ANSYS jsou ale jasně soustředěna a v programu RWIND spíše roztažena do plochy. V programu ANSYS jsou hodnoty okolo -1,2, zatímco v RWINDu jsou ještě výrazně nižší -2,47. Zde program ANSYS vykazuje fyzikálnější chování. Na konci závětrné strany se tento trend přímo obrátí. Zde vykazují programy RWIND a ABAQUS nižší hodnoty než v experimentu. Ale i zde platí, že experiment má zde malou vypovídací hodnotu kvůli umístění tlakových sond. Minimální Cp u země v simulaci v ANSYSu navazuje na již popsaný trend.
Celkově se zdá, že RWIND vykazuje horší výsledky než ANSYS nebo ABAQUS na stranách s převládajícím sáním. Na vině by mohl být jednodušší přístup k prvkům. Na jasně nadhodnocené oblasti sání v programu RWIND by se mohla zaměřit například nestacionární analýza proudění.
Výsledky simulace nestacionárního proudění v programu RWIND jsou mnohem lepší. Rozdělení i bodové hodnoty vykazují dobrou shodu se zkouškami ve větrném tunelu. Srovnávací vyhodnocení pomocí programu ANSYS by ovšem nemělo smysl, protože tam je k dispozici stacionární model proudění.
U zadní strany, která představuje další plochu se sáním, jsou rozdíly ještě větší. Zatímco ANSYS a experiment vykazují dobrou shodu, program RWIND počítá výrazně nižší hodnoty Cp a rozdělení je také jiné než na dalších dvou obrázcích. I zde poskytuje nestacionární výpočet proudění výrazně lepší výsledky srovnatelné s ANSYSem, to ovšem nebylo předmětem srovnání.
Poznatky získané při porovnávání barevných obrázků, které znázorňují podélné proudění, platí také pro příčné proudění. Srovnávací obrázky bočního proudění jsou uvedeny níže, kvůli podobnosti ale nejsou blíže popisovány.
