Beschreibung
In den verfügbaren Normen wie EN 1991-1-4 [1], ASCE/SEI 7-16 und NBC 2015 sind Windlastparameter wie der Winddruckbeiwert (Cp) für Grundformen aufgeführt. Wichtig dabei ist, wie Windlastparameter schneller und genauer berechnet werden können, anstatt mit zeitraubenden und teilweise komplizierten Formeln in Normen zu arbeiten.
Einer der wesentlichen Punkte bei der CFD-Simulation ist es, genaue und kompatible Konfigurationen bezüglich der Eingabedaten wie Turbulenzmodelle, Windgeschwindigkeitsprofil, Turbulenzintensität, Grenzschichtbedingungen, Diskretisierung usw. zu finden, die im Eurocode nicht erwähnt werden. Im vorliegenden Beispiel, das eine Zylinderform zeigt, empfehlen wir einige Einstellungen, die mit dem Eurocode kompatibel sind. Wie in EN 1991-1-4 zu sehen ist, gibt es komplizierte Formeln, um den Cp-Wert bezogen auf verschiedene Reynolds-Zahlen zu erhalten.
Analytische Lösung
Die Abmessung des Zylinders wie in Bild 1 gezeigt ist für die Reynolds-Zahl (Re= 2*106) nach Gleichung 7.15 (EN 1991-1-4) ausgelegt, wobei b der Durchmesser, ν die kinematische Viskosität der Luft (ν=15*10-6 m2/s) und v(ze) die Spitzenwindgeschwindigkeit ist:
Hier sind die Annahmen und empfohlenen Einstellungen (Tabelle 1), die eine bessere Übereinstimmung mit Cp und dem Kraftbeiwert mit dem Eurocode-Beispiel darstellen:
| Windgeschwindigkeit | V | 30 | m/s |
| Reynolds-Zahl (Gleichung 7.15, EN 1991-1-4) | Re | 2*106 | |
| Höhe | L | 1 | m |
| Durchmesser | D | 1 | m |
| Lage der Trennung von minimalem Druck/Strömung (Tabelle 7.12, EN 1991-1-4) | αmin / αA | 80/120 | Grad |
| Wert des minimalen Druckbeiwerts (Tabelle 7.12, EN 1991-1-4) | Cp0,min | -1,9 | |
| Heckdruckbeiwert (Tabelle 7.12, EN 1991-1-4) | Cp0,h | -0,7 | |
| Völligkeitsgrad (Gleichung 7.28, EN 1991-1-4) | φ | 1 | |
| effektive Schlankheit (Tabelle 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 1 | |
| Abminderungsfaktor (Bild 7.36 - Gleichung 7.17, EN 1991-1-4) | ψλ - ψλa | 0,6-(0,6-1) | |
| Kraftbeiwert (Bild 7.28, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 0,55 | |
| Luftdichte | ρ | 1.25 | kg/m3 |
| Turbulenzmodell | Stetige RANS k-ω SST | - | |
| Kinematische Viskosität (Gleichung 7.15, EN 1991-1-4) | ν | 1.5*10-5 | m2/s |
| Schemareihenfolge | 2. | - | |
| Verbleibender Zielwert | 10-5 | - | |
| Residuentyp | Druck | - | |
| Mindestanzahl der Iterationen | 800 | - | |
| Grenzschicht | NL | 10 | |
| Wandfunktionstyp | Erweitert/Überblendet | - | |
| Turbulenzintensität (beste Anpassung) | I | 7,5%-15% |
Ergebnisse
Schließlich sind die Cp-Kontur für 7,5% Turbulenzintensität (Bild 2) und das Diagramm für verschiedene Turbulenzintensitäten in Bild 3 dargestellt, in dem I = 7,5% eine bessere Übereinstimmung bei der Vorhersage des durchschnittlichen Winddruckbeiwerts zeigt. Für ein weiteres Kriterium (Kraftbeiwert Cf,0 in Tabelle 2), das Bild 7.28 in EN 1991-1-4 entnommen werden kann, liegt der Wert von 15 % näher am Beispiel des Eurocodes.
| Turbulenzintensität (%) | 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 |
| Eurocode | |||||
| 0,55 |
Auch das Zylindermodell mit empfohlenen Einstellungen finden Sie hier zum Herunterladen:
