Popis
Dostupné normy, jako například EN 1991-1-4 {%/#Refer [1]]], ASCE/SEI 7-16 a NBC 2015, uvádějí parametry zatížení větrem, jako je součinitel tlaku větru (Cp ) pro základní tvary. Důležité je, jak rychleji a přesněji spočítat parametry zatížení větrem, než pracovat s časově náročnými a někdy složitými vzorci v normách.
Jedním z důležitých bodů CFD simulace je nalezení přesných a kompatibilních konfigurací s ohledem na vstupní údaje, jako jsou modely turbulence, rychlostní profil větru, intenzita turbulence, stav mezní vrstvy, řád diskretizace atd., které Eurokód neuvádí. V aktuálním příkladu pro tvar válce doporučujeme nastavit kompatibilní nastavení podle Eurokódu. Jak je vidět v EN 1991-1-4, existují složité vzorce pro získání hodnotyCp vztažené na různá Reynoldsova čísla.
Analytické řešení
Rozměr válce znázorněný na obrázku 1 je navržen pro Reynoldsovo číslo (Re= 2*106 ) na základě rovnice 7.15 (EN 1991-1-4), kde b je průměr, ν je kinematická viskozita vzduchu (ν=15*10-6 m2/s), v(ze ) je maximální rychlost větru:
Zde jsou předpoklady a doporučená nastavení (Tabulka 1), která vykazují lepší shodu sCp a hodnotou součinitele síly s příkladem podle Eurokódu:
Rychlost větru | V | 30 | m/s |
Reynoldsovo číslo (rovnice 7.15, EN 1991-1-4) | Re | 2*106 | - |
Výška | L | 1 | m |
Průměr | d | 1 | m |
Poloha oddělení minimálního tlaku od proudění (tabulka 7.12, EN 1991-1-4) | αmin/αA | 80/120 | Stupeň |
Hodnota součinitele minimálního tlaku (tabulka 7.12, EN 1991-1-4) | Cp0,min | -1,9 | - |
Součinitel základního tlaku (tabulka 7.12, EN 1991-1-4) | Cp0,h | -0,7 | - |
Poměr plnosti (rovnice 7.28, EN 1991-1-4) | φ | 1 | - |
Účinná štíhlost (tabulka 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 1 | - |
Součinitel koncového účinku (obr. 7.36 - rovnice 7.17, EN 1991-1-4) | ψλ - ψλa | 0,6-(0,6-1) | - |
Součinitel síly (obr. 7.28, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 0,55 | - |
hustota vzduchu | ρ ... | 1.25 | kg/m3 |
Model turbulence | Stacionární RANS k-ω SST | - | - |
Kinematická viskozita (rovnice 7.15, EN 1991-1-4) | ν | 1.5*10-5 | m2/s |
Pořadí schématu | Druhý | - | - |
Zbytková požadovaná hodnota | 10-5 | - | - |
Typ rezidua | Tlak | - | - |
Minimální počet iterací | 800 | - | - |
Mezní vrstva | NL | 10 | - |
Typ stěnové funkce | Enhanced/Blended | - | - |
Intenzita turbulence (nejlepší přizpůsobení) | I | 7,5%-15% | - |
Výsledky
Nakonec je na obr. 3 znázorněn obrys Cp pro 7,5% intenzitu turbulence (obrázek 2) a diagram pro různé intenzity turbulence, kde I=7,5 % vykazuje lepší shodu při predikci průměrného součinitele tlaku větru. Pro další kritérium (součinitel síly Cf,0 v tabulce 2), které lze získat podle obr. 7.28 v EN 1991-1-4, se hodnota 15 % blíží příkladu podle Eurokódu.
Intenzita turbulence (%) | Fd (N) | ρ (kg/m3 ) | u (m/s) | A (m2 ) | Cf,0 |
1.00 | 253 | 1.25 | 30 | 1 | 0,45 |
5,00 | 226 | 1.25 | 30 | 1 | 0,40 |
7,50 | 253 | 1.25 | 30 | 1 | 0,46 |
10,00 | 257 | 1.25 | 30 | 1 | 0,46 |
15,00 | 303 | 1.25 | 30 | 1 | 0,54 |
20.00 | 328 | 1.25 | 30 | 1 | 0,58 |
25,00 | 361 | 1.25 | 30 | 1 | 0,64 |
Eurokód | - | - | - | - | 0,55 |
Model válce s doporučeným nastavením je k dispozici ke stažení zde: