Jak provést validační příklad v programu RWIND

Odborný článek z oblasti statiky za použití softwaru Dlubal

  • Databáze znalostí

Odborný článek

Tento text byl přeložen Google překladačem

Zobrazit původní text

Vytvoření ověřovacího příkladu pro výpočetní dynamiku tekutin (CFD) je rozhodujícím krokem pro zajištění přesnosti a spolehlivosti výsledků simulace. Tento proces zahrnuje porovnání výsledků CFD simulací s experimentálními nebo analytickými daty z reálných scénářů. Cílem je prokázat, že CFD model může věrně kopírovat fyzikální jevy, které má simulovat. Tento průvodce popisuje základní kroky při vývoji ověřovacího příkladu pro CFD simulaci, od výběru vhodného fyzikálního scénáře až po analýzu a porovnání výsledků. Pečlivým dodržováním těchto kroků mohou inženýři a výzkumní pracovníci zvýšit důvěryhodnost svých CFD modelů a připravit cestu pro jejich efektivní použití v různých oblastech, jako je aerodynamika, letecký průmysl nebo environmentální studie.

Vytvoření ověřovacího příkladu pro výpočetní simulaci dynamiky tekutin (CFD) v aplikacích větrného inženýrství zahrnuje několik specifických kroků přizpůsobených složitosti proudění větru a jeho interakcí s konstrukcemi a prostředím. Zde je návod krok za krokem:

1. Zadání problému větrné techniky

  • Jasně zadejte scénář větrné techniky, který chcete simulovat, například obtékání budov, mostů nebo jiných konstrukcí větrem.
  • Zahrnout podrobnosti o terénu, charakteristikách mezní vrstvy atmosféry a příslušných faktorech prostředí.

2. Vybrat vhodný případ benchmarku

  • Vyberte si dobře zdokumentovanou případovou studii větrného inženýrství se spolehlivými experimentálními nebo terénními daty. Může se jednat o zkoušky ve větrném tunelu nebo o plnohodnotná měření.
  • Případ by se měl co do geometrie, měřítka a větrných podmínek velmi podobat vašemu scénáři.

Pro naši aktuální studii jsme jako srovnávací příklad vybrali vědeckou práci [1] z časopisu Journal of Wind Engineering. Model je znázorněn na obrázku 1:

3. Vytvoření CFD modelu

  • Geometrie: Vytvořte digitální model konstrukce a okolního terénu. U budov zahrňte detaily jako tvar, prvky fasády a okolní konstrukce.
  • Síťování: Vygenerujte síť, která přesně zachytí geometrii, se zvláštním zřetelem na oblasti, kde se očekávají velké gradienty proudění, jako jsou rohy a okraje konstrukcí.
  • Okrajové a počáteční podmínky: Nastavte okrajové podmínky, které odrážejí profil větru (rychlost a směr) v různých výškách, teplotních a tlakových poměrech.
  • Nastavení řešiče: Vyberte vhodné řešiče a modely turbulence (např. k-ε nebo Large Eddy Simulation), o kterých je známo, že fungují dobře při simulacích větrné techniky.

Výchozí předpoklady jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1: Rozměrový poměr a vstupní údaje
Základní rychlost větru V 10,13 m/s
Střední výška střechy h 6 m
Vodorovná vzdálenost (vzdálenost od okraje) α 6 m
Úhel střechy θstřechy 0 o
Hustota vzduchu - RWIND ρ 1,25 kg/m3
Směry větru θVítr 0 o
Model turbulence - RWIND Stacionární výpočet RANS k-ω SST - -
Kinematická viskozita (rovnice 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND ν 1,5*10-5 m2/s
Řád schémat - RWIND První a druhý - -
Požadovaná reziduální hodnota - RWIND 10-4 - -
Typ rezidua - RWIND Tlak - -
Minimální počet iterací - RWIND 800 - -
Hraniční vrstva - RWIND NL 10 -
Typ stěnové funkce - RWIND Enhanced/Blended - -

4. Spustit simulaci

  • Provádějte simulace se zohledněním stacionární i nestacionární analýzy, protože proudění větru může mít značné časové změny.
  • Zajistěte, aby simulace probíhala dostatečně dlouho, aby byla zachycena příslušná dynamika proudění okolo konstrukcí.

5. Proces ověření

  • Porovnání s údaji z benchmarku: Porovnejte výsledky své simulace s daty referenčního případu a zaměřte se na parametry, jako jsou profily rychlosti větru, rozložení tlaku na konstrukce a intenzita turbulence.
  • Chybová analýza: Proveďte kvantitativní analýzu pro posouzení nesrovnalostí mezi simulací a referenčními údaji.
  • Analýza citlivosti: Vyzkoušejte, jak změny hustoty sítě, okrajových podmínek a modelů turbulence ovlivní vaše výsledky.

V našem příkladu je analýza citlivosti znázorněna na obrázku 2. Výsledky celkových odporových sil jsou zkoumány pro čtyři různé sítě. Nezávislost na síti je získána při 1,6 milionu buněk.

6. Dokumentace

  • Důkladně zdokumentujte svou metodiku včetně předpokladů, okrajových podmínek a všech příslušných nastavení.
  • Zahrňte podrobné porovnání vašich výsledků s údaji z benchmarku a zvýrazněte shody i nesrovnalosti.

7. Iterační zahuštění

  • Pokud existují výrazné odchylky od referenčních údajů, je třeba model upřesnit. To může zahrnovat úpravu rozlišení sítě prvků, úpravu modelů turbulence nebo úpravu okrajových podmínek.
  • Opakujte proces simulace a ověření, dokud model spolehlivě předpovídá chování proudění větru.

8. Doporučení pro větrnou techniku

  • CFD simulace pro větrné inženýrství často potřebují zohlednit složité jevy, jako je odtrhávání vírů, otřesy a vlnění.
  • Městská topologie, vlivy terénu a atmosférické podmínky stability mohou výrazně ovlivnit proudění větru a měly by být v případě potřeby zahrnuty do modelu.

9. Výsledky

Diagram průměrné hodnoty Cp pomocí ustálené simulace je proveden pro zjednodušenou a přesnou metodu generování sítě v programu RWIND a také pro první a druhou metodu numerického schématu. Výsledky ukazují dobrou shodu mezi experimentální a numerickou metodou s ohledem na odkaz [1]. Na obrázcích 3 a 4 je znázorněna průměrná hodnota Cp pomocí zadané linie ve svislém a vodorovném směru.

10. Závěr

Tento proces validace je rozhodující pro zajištění toho, aby váš CFD model přesně odpovídal složitosti proudění větru v inženýrských aplikacích. Pomáhá při vytváření důvěry ve výsledky simulace, které lze následně použít pro návrhová rozhodnutí, posouzení bezpečnosti nebo pro další výzkumné studie. Validační model je k dispozici ke stažení zde:

Autor

Mahyar Kazemian, M.Sc.

Mahyar Kazemian, M.Sc.

Marketing & vývoj produktů

Pan Kazemian má na starosti vývoj produktů a marketing společnosti Dlubal, zejména programu RWIND 2.

Literatura

[1]   Richards, P., R. Hoxey, and L. Short, Wind pressures on a 6 m cube. Journal of Wind engineering and industrial aerodynamics, 2001. 89(14-15): p. 1553-1564.

Napište komentář...

Napište komentář...

  • Navštíveno 307x
  • Aktualizováno 5. prosince 2023

Kontakt

Kontakt na Dlubal Software

Máte další dotazy nebo potřebujete poradit? Kontaktujte nás prostřednictvím naší bezplatné e-mailové podpory, chatu nebo na fóru, případně využijte naše FAQ, které máte nepřetržitě k dispozici.

+420 227 203 203

[email protected]

RWIND

Samostatný program

RWIND 2 je program pro numerickou simulaci obtékání budov libovolné geometrie vzdušným proudem (digitální větrný tunel) a pro stanovení zatížení větrem, která působí na jejich povrch. Program lze používat jako samostatnou aplikaci nebo jako rozšíření k programům RFEM a RSTAB pro statickou a dynamickou analýzu.

Cena za první licenci
2 750,00 EUR
RWIND

Samostatný program

S RWIND 2 máte k dispozici program, který využívá digitální větrný tunel pro numerickou simulaci proudění větru.

Cena za první licenci
3 750,00 EUR