Příklad
V tomto příkladu budeme počítat lokální tlaky, střední tlaky a parametrické studie pro předběžný návrh s přesnějšími metodami, jako je transientní URANS.
Tento příklad patří do Skupiny 2 podle Obrázku 2.2 v WTG-Merkblatt-M3:
- G2: Absolutní hodnoty se středními požadavky na přesnost. Oblast použití může zahrnovat parametrické nebo předběžné studie, pokud jsou plánována pozdější šetření s vyšší přesností (např. zkouška ve větrném tunelu třídy G3).
- R2: Samostatně, všechny relevantní směry větru s dostatečně jemným směrovým rozlišením.
- Z2: Statistické střední hodnoty a směrodatné odchylky, za předpokladu stacionárních procesů proudění, pro které postačuje statistické ověření fluktuací pomocí součinitele nárazu.
- S1: Statické účinky. Jsou dostatečné pro reprezentaci konstrukčního modelu s nezbytnými mechanickými detaily, avšak bez vlastností hmotnosti a tlumení.
Rozměry příkladu jsou zobrazeny na Obrázku 1 a vstupní předpoklady jsou uvedeny v Tabulce 1:
Tabulka 1: Vstupní data příkladu 3D krychle
| Parametr | Symbol | Hodnota | Jednotka |
|---|---|---|---|
| Základní rychlost větru | V | 10,13 | m/s |
| Výška střechy | h | 6 | m |
| Vodorovný rozměr | α | 6 | m |
| Úhel střechy | θstřecha | 0 | Stupeň |
| Hustota vzduchu – RWIND | ρ | 1,25 | kg/m³ |
| Směry větru | θvítr | 0 | Stupeň |
| Model turbulence – RWIND | RANS & URANS | - | - |
| Kinematická viskozita (Rovnice 7:15, EN 1991-1-4) – RWIND | ν | 1,5×10⁻⁵ | m²/s |
| Řád schématu – RWIND | První a druhý | - | - |
| Cílová hodnota reziduí – RWIND | 10⁻⁴ | - | - |
| Typ reziduí – RWIND | Tlak | - | - |
| Minimální počet iterací – RWIND | 800 | - | - |
| Mezní vrstva – RWIND | NL | 10 | - |
| Typ stěnové funkce – RWIND | Standardní | - | - |
Citlivostní analýza
Pro tento příklad je citlivostní analýza zobrazena podle Obrázku 2. Výsledky celkových odporových sil jsou zkoumány pro čtyři různé počty buněk sítě. Nezávislost na síti je dosažena při 1,6 milionu buněk (Síť #4).
WTG-Merkblatt M3 poskytuje dvě klíčové metody pro validaci výsledků simulace. Metoda Hit Rate vyhodnocuje, kolik simulovaných hodnot Pi správně odpovídá referenčním hodnotám Oi v rámci definované tolerance, s využitím binárního klasifikačního přístupu (zásah nebo minutí). Tento přístup hodnotí spolehlivost simulace výpočtem míry zásahu q, podobně jako funkce spolehlivosti používané v teorii spolehlivosti. Naproti tomu metoda Normalizované střední kvadratické chyby (e2) nabízí podrobnější posouzení přesnosti tím, že kvantifikuje průměrnou čtvercovou odchylku mezi simulovanými a referenčními hodnotami, normalizovanou pro zohlednění rozdílů v měřítku. Společně tyto metody poskytují jak kvalitativní, tak kvantitativní měřítka pro validaci simulace.
Výsledky
Diagram na Obrázku 3 zobrazuje rozložení středního a maximálního součinitele tlaku (Cp) podél určené pozice na konstrukci a porovnává experimentální výsledky s numerickými simulacemi za použití různých výpočetních modelů. Experimentální data zahrnují měření z polní studie Silsoe F-S a testů ve větrném tunelu (WT), zatímco simulace jsou prováděny pomocí modelů RWIND RANS a RWIND URANS. Model URANS je dále rozdělen na střední a maximální hodnoty pro komplexní analýzu chování aerodynamického tlaku.
Porovnání na Obrázku 4 si klade za cíl vyhodnotit přesnost simulačních modelů RWIND při replikaci experimentálních výsledků. Klíčové statistické metriky, jako je Korelační koeficient (R) a Koeficient determinace (R²), jsou uvedeny pro kvantifikaci shody mezi simulovanými a experimentálními daty a nabízejí vhled do spolehlivosti těchto modelů pro aerodynamickou analýzu. Diagonální referenční čára představuje dokonalou shodu mezi simulací a experimentálními výsledky a blízkost datových bodů k této čáře odráží přesnost každého modelu. Rozdíl mezi RWIND a Eurokódem je přibližně Wrel,RANS = 11,54% a Wrel,URANS = 21,46%; míra zásahu pak může být stanovena jako qRANS=59% a qURANS,10%=30% a qURANS,20%=63%. Normalizovaná střední kvadratická chyba je vypočtena následovně: e2RANS=0,02 a e2URANS=0,04.
Model je k dispozici ke stažení zdarma zde:
