Případová studie
V tomto příkladu budeme počítat lokální tlaky, průměrované tlaky a parametrické studie pro předběžný návrh pomocí přesnějších metod, jako je přechodná metoda URANS.
Tento příklad patří do skupiny 2 podle obrázku 2.2 v WTG-Merkblatt-M3:
- G2: Absolutní hodnoty se středními požadavky na přesnost. Oblast použití může zahrnovat parametrické nebo předběžné studie, pokud jsou plánována pozdější šetření s vyšší přesností (např. zkouška ve větrném tunelu třídy G3).
- R2: Samostatně, všechny relevantní směry větru s dostatečně jemným směrovým rozlišením.
- Z2: Statistické střední hodnoty a směrodatné odchylky, pokud se jedná o stacionární procesy proudění, u nichž postačuje statistické ověření fluktuací pomocí součinitele špičkového tlaku.
- S1: Statické účinky. Postačují k zobrazení konstrukčního modelu s nezbytnými mechanickými detaily, avšak bez vlastností hmotnosti a tlumení.
Rozměry příkladu jsou znázorněny na obrázku 1 a vstupní předpoklady jsou uvedeny v tabulce 1:
Tabulka 1: Vstupní data příkladu 3D krychle
| Parametr | Symbol | Hodnota | Jednotka |
|---|---|---|---|
| Základní rychlost větru | V | 10.13 | m/s |
| Výška střechy | h | 6 | m |
| Horizontální rozměr | α | 6 | m |
| Úhel střechy | θstřecha | 0 | Stupeň |
| Hustota vzduchu – RWIND | ρ | 1.25 | kg/m³ |
| Směry větru | θvítr | 0 | Stupeň |
| Model turbulence – RWIND | RANS & URANS | - | - |
| Kinematická viskozita (Rovnice 7:15, EN 1991-1-4) – RWIND | ν | 1.5×10⁻⁵ | m²/s |
| Řád schématu – RWIND | První a druhý | - | - |
| Cílová hodnota rezidua – RWIND | 10⁻⁴ | - | - |
| Typ rezidua – RWIND | Tlak | - | - |
| Minimální počet iterací – RWIND | 800 | - | - |
| Mezní vrstva – RWIND | NL | 10 | - |
| Typ funkce stěny – RWIND | Standardní | - | - |
Analýza citlivosti
Pro tento příklad je analýza citlivosti znázorněna podle obrázku 2. Výsledky celkových odporových sil jsou zkoumány pro čtyři různé počty buněk sítě. Nezávislosti na síti je dosaženo při 1,6 milionu buněk (Síť č. 4).
WTG-Merkblatt M3 poskytuje dvě klíčové metody pro validaci výsledků simulace. Metoda Hit Rate hodnotí, kolik simulovaných hodnot Pi správně odpovídá referenčním hodnotám Oi v rámci definované tolerance, za použití binární klasifikace (zásah nebo minutí). Tento přístup posuzuje spolehlivost simulace výpočtem míry zásahu q, podobně jako funkce spolehlivosti používané v teorii spolehlivosti. Naproti tomu metoda Normalizované střední kvadratické chyby (e2) nabízí podrobnější posouzení přesnosti kvantifikací průměrné kvadratické odchylky mezi simulovanými a referenčními hodnotami, normalizovanou s ohledem na rozdíly v měřítku. Společně tyto metody poskytují jak kvalitativní, tak kvantitativní měřítka pro validaci simulace.
Výsledky
Diagram na obrázku 3 znázorňuje rozložení středního a špičkového součinitele tlaku (Cp) podél zadané pozice na konstrukci a porovnává experimentální výsledky s numerickými simulacemi za použití různých výpočetních modelů. Experimentální data zahrnují měření z terénní studie Silsoe F-S a zkoušek ve větrném tunelu (WT), zatímco simulace jsou prováděny pomocí modelů RWIND RANS a RWIND URANS. Model URANS je dále rozdělen na střední a špičkové hodnoty pro komplexní analýzu chování aerodynamického tlaku.
Cílem porovnání na obrázku 4 je vyhodnotit přesnost simulačních modelů RWIND při reprodukci experimentálních výsledků. Jsou uvedeny klíčové statistické metriky, jako je korelační koeficient (R) a koeficient determinace (R²), aby kvantifikovaly shodu mezi simulovanými a experimentálními daty a poskytly přehled o spolehlivosti těchto modelů pro aerodynamickou analýzu. Diagonální referenční čára představuje dokonalou shodu mezi simulací a experimentálními výsledky a blízkost datových bodů k této čáře odráží přesnost každého modelu. Rozdíl mezi RWIND a Eurokódem je přibližně Wrel,RANS = 11.54% a Wrel,URANS = 21.46%; poté lze míru zásahu stanovit jako qRANS=59% a qURANS,10%=30% a qURANS,20%=63%. Normalizovaná střední kvadratická chyba je vypočtena následovně; e2RANS=0.02 a e2URANS=0.04.
Model je k dispozici ke stažení zdarma zde:
