V posledních letech vzrůstá zájem o využití výpočetní dynamiky tekutin, známé jako CFD, pro navrhování konstrukcí citlivých na vítr. Důvodem je skutečnost, že díky pokrokům v oblasti výpočetní techniky je řešení komplikovaných problémů proudění relativně nenáročné. Velikost výpočetní oblasti je důležitým aspektem, který má významný vliv na přesnost, ale i cenu CFD simulací.
Základní rovnice proudění se diskretizují a řeší v 3D oblasti okolo modelu budovy, která se nazývá výpočetní oblast (obrázek 1). Hranicemi typické kvádrové oblasti je celkem šest ploch. Tyto hranice, s výjimkou dna výpočetní oblasti, jsou v zásadě nefyzikální, a proto jsou jejich účinky na oblast proudění zdrojem chyb při simulaci (dále jen chyby oblasti). Je důležité umístit nefyzikální hranice dostatečně daleko od konstrukce, aby se minimalizovaly významné vlivy na výsledky. Pokud jsou ale hranice příliš daleko, mohou se zvýšit výpočetní náklady modelu. Velikost výpočetní oblasti musí být tedy optimalizována s ohledem jak na náklady na výpočet, tak na přesnost řešení [1].
Doporučení osvědčených postupů v oblasti výpočetního větrného inženýrství (CWE) [2], [3] zdůrazňují význam výpočetní oblasti s vhodnou velikostí pro přesnost řešení. Tato doporučení spojují chyby oblasti s podobnými problémy při testování ve větrném tunelu, jako jsou efekty blokování v oblastech s omezenými plochami průřezu a umělé zrychlení lokálního proudění v oblastech s nedostatečným prostorem mezi hranicemi oblasti a modelem budovy. Proto se pro zadání požadavků na velikost používá minimální vzdálenost mezi hranicí oblasti a modelem budovy a maximální součinitele blokování nebo jejich kombinace [3].
Zde je příklad válce podle Eurokódu [4], u kterého jsou uvažovány dva různé rozměry výpočetních oblastí. První velikost výpočetní oblasti (obrázek 2) je výchozí nastavení programu RWIND, což vede na méně přesný, ale rychlejší výpočet, druhá (obrázek 3) je doporučená velikost větrného tunelu, která je přesnější, ale také náročnější na výpočet. Například pro přednastavenou velikost větrného tunelu je potřeba 23 minut k dokončení CFD simulace, zatímco pro doporučenou velikost větrného tunelu je potřeba k dokončení simulace 42 minut (~80% zvýšení výpočetní náročnosti). Simulace byla provedena na CPU: Intel(R) Xeon(R) Gold 6248R CPU @ 3.00GHz a 128 GB RAM pro 1000 iterací.
Graf součinitele tlaku větru (Cp) (obrázek 4) ukazuje, že velikost výpočetní oblasti může hrát důležitou roli v úrovni přesnosti výsledků, zejména pro oblast kladných tlaků. Schematická doporučená velikost větrného tunelu v aerodynamice je znázorněna na obrázku 6 [5]. Kritické je věnovat pozornost hodnotám tlakového pole v blízkosti vstupu; optimálně by se měly blížit nule (obrázek 5).
