Popis
V aktuálním validačním příkladu zkoumáme součinitel tlaku větru (Cp) pro návrh hlavní i vedlejší konstrukce, jako jsou opláštění nebo fasádní systémy podle kanadské normy pro zatížení větrem (NBC 2020) [1] a Databáze japonských větrných tunelů pro nízkopodlažní budovu se sklonem 45 stupňů. Doporučené nastavení pro trojrozměrnou nízkopodlažní budovu se sklonem 45 stupňů popíšeme v další části.
Klíčovým faktorem CFD simulace je nalezení konfigurací, které jsou nejvíce kompatibilní s normami pro zatížení větrem, pokud jde o vstupní údaje, jako jsou modely turbulence, profily rychlostí větru, intenzity turbulence, podmínky mezní vrstvy, řád diskretizace a další faktory. Důležité je, že normy nepokrývají požadované informace pro numerickou simulaci, jako je CFD simulace. V aktuálním VE jsme představili nejkompatibilnější nastavení programu RWIND na příkladu nízkopodlažní budovy NBC 2020 se sklonem 45 stupňů a experimentální údaje z Databáze japonských větrných tunelů .
Analytické řešení a výsledky
Předpokládá se uzavřený model ostrého okapu podle obrázku 1, který má osm oblastí (1,1E,2,2E,3,3E,4,4E). Součinitele vnějšího tlaku větru v globálních a lokálních oblastech pro nízkopodlažní budovy se sklonem 45 stupňů jsou znázorněny na obrázcích 4.1.7.6.-A a v tabulce 4.1.7.6. v NBC 2020. Důležité předpoklady a vstupní údaje pro RWIND, který se používá pro numerickou CFD simulaci, jsou také uvedeny v tabulce 1.
| Tabulka 1: Rozměrový poměr a vstupní údaje | |||
| Základní rychlost větru | V | 22 | m/s |
| Kategorie terénu | 2 | - | - |
| Rozměr bočního větru | b | 16 | m |
| Kóta podél větru | d | 16 | m |
| Střední výška střechy | href | 12 | m |
| Úhel střechy | θstřechy | 45 | Stupeň |
| Hustota vzduchu - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| Směry větru | θVítr | 0, 22.5, 30, 45 | Stupeň |
| 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 | - | - |
| Požadovaná reziduální hodnota - RWIND | 10-4 | - | - |
| Typ rezidua - RWIND | Tlak | - | - |
| Minimální počet iterací - RWIND | 800 | - | - |
| Hraniční vrstva - RWIND | NL | 10 | - |
| Typ stěnové funkce - RWIND | Enhanced/Blended | - | - |
| Intenzita turbulence (Best fit) - RWIND | I | Terén 2 | - |
Součinitele globálního a lokálního tlaku větru se vypočítají pro všechny oblasti s ohledem na rychlost větru a intenzity turbulence na základě kategorie terénu dvě. Také čtyři směry větru (θ = 0; 22,5; 30; Databáze japonských větrných tunelů . Průběh rychlosti větru a globální obrys Cp pro experimentální a numerickou studii v programu RWIND jsou znázorněny na obrázcích 2, 4 a 4, kde jsou mezi experimentálními údaji porovnány hodnoty globálního a lokálního Cp pro hlavní a vedlejší konstrukční prvky z japonské zkoušky ve větrném tunelu a programu RWIND 2. Dále je na obrázcích 5 a 6 porovnán diagram hodnot Cp,ave a Cp,local z experimentální simulace, NBC 2020 a RWIND pro osm zón pro nízkopodlažní budova se sklonem 45 stupňů.
Experimentální hodnoty se získají ručně pozorováním vrstevnicových obrázků Cp,ave a RMS Databáze japonských větrných tunelů . Také profil rychlosti větru a turbulence v programu RWIND je nastaven s kategorií terénu 2, která je variantní na výšku a také lépe odpovídá referenčním hodnotám. Je důležité poznamenat, že výsledky simulace v ustáleném stavu pomocí RANS k-ω SST, které jsou uvažovány v aktuálním validačním příkladu, vykazují dobrou shodu zejména s experimentální studií. Kritickými případy jsou různé směry větru pro proměnnou intenzitu turbulence ve výšce (na základě terénu 2). Odchylka od kladné hodnoty Cp je vyšší pro numerickou a experimentální simulaci ve srovnání s NBC 2020, což lze pro kladné oblasti interpretovat jako velmi konzervativní přístup.
Závěr
V aktuálním validačním příkladu zkoumáme součinitel tlaku větru (Cp) získaný z programu RWIND pro návrh hlavních i vedlejších konstrukcí, jako jsou opláštění nebo fasádní systémy podle kanadské normy pro zatížení větrem (NBC 2020) [ 1] a Databáze japonských větrných tunelů pro nízkopodlažní budovu se sklonem 45 stupňů. Výsledky ukazují, že doporučená konfigurace programu RWIND má dobrou shodu s většinou oblastí v Eurokódu. Vyšší intenzita turbulence v blízkosti variantního profilu turbulence v terénu 2 ukazuje přesnější výsledky. Pro získání extrémní hodnoty NBC 2020 je důležité zohlednit scénář kritického směru větru a simulaci přechodných jevů. Hodnoty odchylek většinou pocházejí ze součinitelů spolehlivosti a statistického přístupu, který představuje konzervativnější přístup, zejména pro kladné oblasti Cp, ve srovnání s jinou normou, jako je ASCE 7-22.
Model ploché střechy s doporučeným nastavením je k dispozici ke stažení zde:
