Zpět k online manuálům

84x

005985

Mahyar Kazemian, M.Sc.

10.3.2025

Vybrat manuál

Přehled

A. Obecné informace

např. Proudění větru, účinky větru a numerická simulace

C. WTG směrnice M3 pro numerickou simulaci proudění větru

C1. Účel a obsah směrnice
C2. Přiřazení úlohy pro požadované CFD modelování
- C2.1 Přidělení výpočetních metod k požadavkům prozkoumání
- C2.2 Požadavky na numerická šetření

D. Poznámky k CFD modelování

E. Praktické využití výsledků výpočtové simulace dynamiky tekutin

F. Dokumentace

G. Zajištění kvality

H. Příklady

I. Reference

H1.4. Test atmosférické hraniční vrstvy

Popis

Tento příklad je založen na testu atmosférické mezní vrstvy (ABL) z dokumentu německé WTG: Informační list výboru 3 - Numerická simulace větrných proudů, kapitola 9.1 (viz reference). Před každou numerickou simulací by mělo být ověřeno, zda atmosférická mezní vrstva definovaná na vstupu dosahuje až ke konstrukci testováním jejího vývoje v prázdném tunelu. To ovlivňuje nejen rozložení rychlostí, ale také turbulentní veličiny. Test musí být proveden jak pro stacionární (RANS), tak pro přechodové (URANS, LES) výpočty. V následujícím článku je ukázán vývoj pole rychlosti, pole turbulentní kinetické energie a pole míry dissipace turbulencí pro čtyři kategorie terénu I až IV definované v normě EN 1991-1-4. Používá se vertikálně anizotropní turbulence dle kapitoly 6.3.1 a RANS k-ω SST model turbulence.

Vlastnosti tekutiny	Kinematická viskozita	ν	1.500e-5	m²/s
Vlastnosti tekutiny	Hustota	ρ	1.250	kg/m³
Větrný tunel	Délka	D_x	800.000	m
	Šířka	D_y	80.000	m
	Výška	D_z	300.000	m
Parametry výpočtu	Referenční rychlost	u_ref	20.000	m/s
	Referenční výška	z_ref	10.000	m
	von Kármánova konstanta	κ	0.410
	Konstanta turbulentní viskozity	C_μ	0.090

Testování atmosférní hraniční vrstvy provedené ve větrném tunelu bez jakýchkoli překážek. Zaměřeno na zkoumání proudění vzduchu.

Zkouška atmosférické hraniční vrstvy

Analytické řešení

Analytické řešení není k dispozici. Příklad poskytuje přehled o zvoleném vývoji pole veličin v prázdném větrném tunelu.

Profil rychlosti větru je vypočítán z následující rovnice:

u (z) = \frac{u_{*}}{κ} \ln (\frac{z + z_{0}}{z_{0}})

z₀	Délka drsnosti

Profil rychlosti větru

kde u_* je třecí rychlost, definovaná jako:

u_{*} = \frac{u_{ref} κ}{\ln (\frac{z_{ref} + z_{0}}{z_{0}})}

Třecí rychlost

Profil turbulence k je definován podle následující rovnice:

k (z) = \frac{u_{*}^{2}}{\sqrt{C_{μ}}}

C_μ	Parametr turbulentního modelu

Turbulence k Profil

Profil turbulence ω je vypočítán podle následující rovnice:

ω (z) = \frac{u_{*}}{κ \sqrt{C_{μ}}} \frac{1}{z + z_{0}}

Omega profil turbulence

Nastavení simulace RWIND

Modelováno v RWIND 3.03.0220
Typ simulace proudění: stacionární
Hustota sítě je 28%: 2 482 465 buněk
Počet vrstev na hranici tunelu je 10
Výška první buňky na dně je 0.046 m
y+ se pohybuje od 800 do 1 000
RANS k-ω SST model turbulence
Vstupní okrajová podmínka - ABL v, k, ω nulový gradient tlaku
Dno tunelu - okrajová podmínka bez smyku
Stěny tunelu a vršek - okrajová podmínka s kluzným povrchem
Výstupní okrajová podmínka - nulový tlak; nulový gradient rychlosti

Výsledky

Validační metrika je vypočítána podle WTG: Informační list výboru 3 - Numerická simulace větrných proudů, kapitola 5.3.2 (viz reference). Nejprve je vypočítána hodnota parametru úspěšnosti q pro střední hodnotu tlakového koeficientu. Zohledňuje se relativní odchylka W_rel.

\begin{matrix} q = \frac{n}{N} = \frac{1}{N} \cdot \sum_{i = 1}^{N} n_{i} \\ n_{i} = \{\begin{cases} 1, & if |\frac{P_{i} - O_{i}}{O_{i}}| \leq W_{rel} \\ 0, & else \end{cases} \end{matrix}

N	Total number of data points
n_i	Indicator function (1 if prediction is “correct”, 0 otherwise)
P_i	Predicted value
O_i	Reference value
W_rel	Allowed relative deviation

Metodika validace podle WTG

Alternativně může být také vypočítána relativní střední kvadratická chyba e² podle následující rovnice.

e^{2} = \frac{\sum_{i = 1}^{N} {(P_{i} - O_{i})}^{2}}{\sum_{i = 1}^{N} O_{i}^{2}}

Tvar odchylky střední chyby

Požadované hodnoty parametru úspěšnosti q jsou více než 90 % a relativní střední kvadratická chyba by měla být nižší než 0,01. Z následující tabulky je zřejmé, že srovnání vstupní rychlosti a rychlosti v tunelu (x = 0 m) splňuje požadavky.