Popis
V našem aktuálním příkladu ověření zkoumáme součinitel síly větru (Cf ) krychlových tvarů podle EN 1991-1-4 [1]. Existují trojrozměrné případy, o kterých si více vysvětlíme v příštím díle.
Jedním z důležitých bodů CFD simulace je nalezení přesných a kompatibilních konfigurací s ohledem na vstupní data, jako jsou modely turbulence, profil rychlosti větru, intenzita turbulence, stav mezní vrstvy, pořadí diskretizace atd. v Eurokódu. V aktuálním příkladu pro krychlový tvar doporučujeme kompatibilní nastavení podle Eurokódu. Jak je vidět v EN 1991-1-4, existují různé tabulky a diagramy pro statický výpočet zatížení větrem.
Analytické řešení
V závislosti na poměru h/d, jak je znázorněno na obrázku 1 (Eurokód tabulka 7.1), existují pro tvar krychle tři kategorie. Vstupní údaje pro každý rozměrový případ jsou uvažovány na základě tabulky 1.
V prvním případě zohledníme tvar výškové krychle (h/d=5) podle vstupních dat, která jsou uvedena v následující tabulce:
| Rozměrový poměr: h/d=5 | |||
| Rychlost větru | V | 30 | m/s |
| Výška | h | 50 | m |
| Účinná výška | d | 10 | m |
| Šířka | b | 12 | m |
| Součinitel tuhosti (rovnice 7.28, EN 1991-1-4) | φ | 1 | - |
| Účinná štíhlost (Tabulka 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 5,83 | - |
| Konečný účinek (obr. 7.36, EN 1991-1-4) | ψλ | 0,68 | - |
| Redukční součinitel (obr. 7.24, EN 1991-1-4) | ψr | 1 | - |
| Součinitel síly bez proudění na volném konci (obr. 7.23, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 2,30 | - |
| Součinitel síly (Rovnice 7.9, EN 1991-1-4) | Cf | 1,564 | - |
| Hustota vzduchu - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| Model turbulence - RWIND | Stacionární RANS k-ω SST | - | - |
| Kinematická viskozita (rovnice 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Řád schémat - RWIND | Druhý | - | - |
| Cílová reziduální hodnota - RWIND | 10-5 | - | - |
| Typ rezidua - RWIND | Tlak | - | - |
| Minimální počet iterací - RWIND | 800 | - | - |
| Mezní vrstva - RWIND | NL | 10 | - |
| Typ stěnové funkce - RWIND | Vylepšená / Smíšená | - | - |
| Intenzita turbulence (Best Fit) - RWIND | I | 15 % | - |
V dalším případě zohledníme tvar krychle se středním stoupáním (h/d=1) na základě vstupních údajů, které jsou uvedeny v následující tabulce:
| Rozměrový poměr: h/d=1 | |||
| Rychlost větru | V | 30 | m/s |
| Výška | h | 10 | m |
| Účinná výška | d | 10 | m |
| Šířka | b | 12 | m |
| Součinitel tuhosti (rovnice 7.28, EN 1991-1-4) | φ | 1 | - |
| Účinná štíhlost (Tabulka 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 1,66 | - |
| Konečný účinek (obr. 7.36, EN 1991-1-4) | ψλ | 0,62 | - |
| Redukční součinitel (obr. 7.24, EN 1991-1-4) | ψr | 1 | - |
| Součinitel síly bez proudění na volném konci (obr. 7.23, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 2,30 | - |
| Součinitel síly (Rovnice 7.9, EN 1991-1-4) | Cf | 1,426 | - |
| Hustota vzduchu - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| Model turbulence - RWIND | Stacionární RANS k-ω SST | - | - |
| Kinematická viskozita (rovnice 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Řád schémat - RWIND | Druhý | - | - |
| Cílová reziduální hodnota - RWIND | 10-5 | - | - |
| Typ rezidua - RWIND | Tlak | - | - |
| Minimální počet iterací - RWIND | 800 | - | - |
| Mezní vrstva - RWIND | NL | 10 | - |
| Typ stěnové funkce - RWIND | Vylepšená / Smíšená | - | - |
| Intenzita turbulence (Best Fit) - RWIND | I | 7,5 % | - |
V posledním případě se na základě vstupních údajů, které jsou uvedeny v následující tabulce, uvažuje tvar krychle s krátkým stoupáním (h/d=0,25):
| Rozměrový poměr: h/d=0,25 | |||
| Rychlost větru | V | 30 | m/s |
| Výška | h | 2,50 | m |
| Účinná výška | d | 10 | m |
| Šířka | b | 2,50 | m |
| Součinitel tuhosti (rovnice 7.28, EN 1991-1-4) | φ | 1 | - |
| Účinná štíhlost (Tabulka 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 2 | - |
| Konečný účinek (obr. 7.36, EN 1991-1-4) | ψλ | 0,63 | - |
| Redukční součinitel (obr. 7.24, EN 1991-1-4) | ψr | 1 | - |
| Součinitel síly bez proudění na volném konci (obr. 7.23, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 1,20 | - |
| Součinitel síly (Rovnice 7.9, EN 1991-1-4) | Cf | 0,756 | - |
| Hustota vzduchu - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| Model turbulence - RWIND | Stacionární RANS k-ω SST | - | - |
| Kinematická viskozita (rovnice 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Řád schémat - RWIND | Druhý | - | - |
| Cílová reziduální hodnota - RWIND | 10-5 | - | - |
| Typ rezidua - RWIND | Tlak | - | - |
| Minimální počet iterací - RWIND | 800 | - | - |
| Mezní vrstva - RWIND | NL | 10 | - |
| Typ stěnové funkce - RWIND | Vylepšená / Smíšená | - | - |
| Intenzita turbulence (Best Fit) - RWIND | I | 15 % | - |
Výsledky
Výsledky součinitele síly větru se získají při různých rozměrových poměrech a různých intenzitách turbulence. Pro první případ, kterým je tvar krychle z výšky (h/d=5), je hodnota Cf uvedena v následující tabulce:
| Intenzita turbulence (%) (h/d=5) | Fd (N) | ρ (kg/m3 ) | u (m/s) | A (m2 ) | Cf |
| 1,00 - VZDUCH | 498829 | 1,25 | 30 | 600 | 1,478 |
| 5,00 - VPŘED | 518278 | 1,25 | 30 | 600 | 1,536 |
| 7,50 - VZDUCH | 521515 | 1,25 | 30 | 600 | 1,545 |
| 10.00 - VPŘED | 520397 | 1,25 | 30 | 600 | 1,542 |
| 15:00 - VPŘED | 525011 | 1,25 | 30 | 600 | 1,556 |
| 20:00 - VPŘED | 533059 | 1,25 | 30 | 600 | 1,579 |
| 25:00 - VPŘED | 543164 | 1,25 | 30 | 600 | 1,609 |
| Eurokód | - | - | - | - | 1,564 |
Pro druhý případ, kterým je tvar krychle se středním stoupáním (h/d=1), je hodnota Cf uvedena v následující tabulce:
| Intenzita turbulence (%) (h/d=1) | Fd (N) | ρ (kg/m3 ) | u (m/s) | A (m2 ) | Cf |
| 1,00 - VZDUCH | 97148 | 1,25 | 30 | 120 | 1,439 |
| 5,00 - VPŘED | 95497 | 1,25 | 30 | 120 | 1,415 |
| 7,50 - VZDUCH | 96420 | 1,25 | 30 | 120 | 1,428 |
| 10.00 - VPŘED | 96453 | 1,25 | 30 | 120 | 1,429 |
| 15:00 - VPŘED | 96666 | 1,25 | 30 | 120 | 1,432 |
| 20:00 - VPŘED | 91027 | 1,25 | 30 | 120 | 1,349 |
| 25:00 - VPŘED | 89827 | 1,25 | 30 | 120 | 1,331 |
| Eurokód | - | - | - | - | 1,426 |
Pro poslední případ, kterým je malá krychle (h/d=0,25), je hodnota Cf uvedena v následující tabulce:
| Intenzita turbulence (%) (h/d=0,25) | Fd (N) | ρ (kg/m3 ) | u (m/s) | A (m2 ) | Cf |
| 1,00 - VZDUCH | 2711 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,771 |
| 5,00 - VPŘED | 2692 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,766 |
| 7,50 - VZDUCH | 2671 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,760 |
| 10.00 - VPŘED | 2667 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,759 |
| 15:00 - VPŘED | 2650 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,754 |
| 20:00 - VPŘED | 2662 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,757 |
| 25:00 - VPŘED | 2630 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,748 |
| Eurokód | - | - | - | - | 0,756 |
Závěr a výhled
Výsledky ukazují velmi dobrou shodu mezi součinitelem síly větru podle RWIND a podle Eurokódu pro vítr. Na základě výsledků je stanovena doporučená hodnota intenzity turbulence pro různé rozměrové poměry. Intenzita turbulence mezi 7,5 % až 15 % vykazuje lepší výkonnost při předpovědi součinitele síly větru. Dalším důležitým bodem je velikost větrného tunelu, pro kterou byla v prvních dvou případech použita výchozí velikost větrného tunelu, ale v posledním případě (h/d=0,25) vykazuje upravená velikost větrného tunelu lepší výsledky.
Zde si také můžete stáhnout model krychle s doporučeným nastavením:
