Popis
Tento ověřovací případ, založený na dokumentu německé WTG: Informační list výboru 3 - Numerická simulace proudění větru, kapitola 9.2 (viz odkazy), porovnává výpočty součinitelů tlaku větru pomocí výpočtové dynamiky tekutin s experimentálními daty z aerodynamické databáze Tokijské polytechnické univerzity (TPU) (viz odkazy). Analýza se zaměřuje na model výškové budovy (poměr 2:1:5). Data TPU z aerodynamického tunelu s vrstvou mezní vrstvy – přísně ověřená pomocí recenzovaných studií a veřejně přístupná prostřednictvím jejich portálu pro stavební aerodynamiku – poskytují srovnávací metriky pro posouzení přesnosti modelování turbulence a vlivů citlivosti sítě.
Zatímco ověřovací příklad VE0311 | Porovnání zatížení větrem na výškovou budovu z větrného tunelu a CFD simulace využíval standardní nutkWallFunction, tento příklad hodnotí výkon USpaldingWallFunction, která poskytuje spojitý rychlostní profil přes celou mezní vrstvu. Mezi klíčové porovnávané parametry patří střední hodnoty součinitelů tlaku v rozhodujících zónách budovy (návětrná stěna, boční stěny, závětrné separační oblasti) pro obě okrajové funkce v porovnání s experimentálními daty.
| Vlastnosti tekutiny | Kinematická viskozita | ν | 1.500e-5 | m2/s |
| Hustota | ρ | 1.250 | kg/m3 | |
| Aerodynamický tunel | Délka | Dx | 2720.000 | m |
| Šířka | Dy | 900.000 | m | |
| Výška | Dz | 720.000 | m | |
| Budova | Šířka | B | 80.000 | m |
| Hloubka | D | 40.000 | m | |
| Výška | H | 200.000 | m | |
| Parametry výpočtu | Referenční rychlost | uref | 22.000 | m/s |
| Referenční výška | zref | 10.000 | m | |
| Von Kármánova konstanta | κ | 0.410 | ||
| Konstanta turbulentní viskozity | Cμ | 0.090 | ||
| Aerodynamická délka drsnosti povrchu | z0 | 1.000 | m |
Analytické řešení
Analytické řešení není k dispozici. Příklad poskytuje srovnání výsledků CFD simulace RWIND a experimentálních dat (Aerodynamická databáze TPU).
Profil rychlosti větru se vypočítá pomocí mocninného zákona podle následujícího vzorce:
kde exponent profilu α je definován jako
Intenzita turbulence je převzata z Aerodynamické databáze TPU podle následujícího grafu pro α=0.25.
Nastavení simulace RWIND
- Modelováno v RWIND 3.07
- Typ simulace: přechodové proudění
- Hustota sítě je 20% se zjemněními: 5 698 702 buněk
- Model DDES podle Spalarta-Allmarase
- Stěnová funkce: USpaldingWallFunction (výsledky porovnány s nutkWallFunction z OŘ 000311)
- Vstupní okrajová podmínka - profil rychlosti a profil intenzity turbulence
- Dno tunelu - okrajová podmínka ulpívání
- Stěny a horní stěna tunelu - okrajová podmínka skluzu
- Výstupní okrajová podmínka - nulový tlak; nulový gradient rychlosti
- Je proveden výpočet krok za krokem, který zahrnuje uživatelem definované vložení použité stěnové funkce přímo do zdrojového souboru. Použitý model je identický s modelem v Ověřovacím příkladu 0311.
Výsledky
Je uvedeno grafické porovnání průměrných součinitelů tlaku větru získaných pomocí nutkWallFunction a USpaldingWallFunction v simulacích RWIND na návětrné, závětrné, pravé a levé ploše budovy. Tyto simulované hodnoty jsou vyhodnoceny oproti průměrným datům měřeným v časové řadě v testovacích bodech z Aerodynamické databáze TPU. Celkově není pozorován žádný významný rozdíl ve vypočtených datech mezi oběma metodami, což ilustruje citlivost – a stabilitu – rozložení tlaku na zvolené úpravě stěnové funkce napříč různými zónami budovy.
Poznámka: Experimentální data zobrazená v grafech jsou vynesena na základě datových souborů získaných z webových stránek TPU. Grafy zobrazené na webových stránkách TPU však odpovídají datovým souborům pouze v případě návětrné plochy.
