Benutzerstory
Das folgende Beispiel beschreibt Windkanalexperimente, die vom Umweltwindkanallabor (EWTL) der Universität Hamburg als Validierungsfall in Teil 9.4 des WTG-Merkblatts M3 durchgeführt wurden. Wir werden die gemessenen Geschwindigkeitsfelder und Rauigkeitsdaten des Michel-Stadtmodells (Fall BL3-3) verwenden, um numerische CFD-Simulationen in komplexen urbanen Strukturen zu validieren. Das Beispiel kann gemäß Abbildung 2.2 im WTG-Merkblatt M3 zu Gruppe 2 gehören, basierend auf der Untersuchung des durchschnittlichen Windgeschwindigkeitswerts:
- G2: Absolute Werte mit mittleren Genauigkeitsanforderungen: Der Anwendungsbereich kann Parameter oder Vorstudien umfassen, wenn spätere Untersuchungen mit höherer Genauigkeit geplant sind (z.B. Windkanaluntersuchungen der Klasse G3).
- R2: Solitäre: alle relevanten Windrichtungen mit ausreichend feiner Richtungsauflösung.
- Z2: Statistische Mittelwerte und Standardabweichungen: vorausgesetzt, sie beziehen sich auf stationäre Strömungsprozesse, für die eine statistische Überprüfung der Schwankungen mit einem Spitzfaktor ausreichend ist.
- S1: Statische Effekte: Sie sind ausreichend, um das Strukturmodell mit dem notwendigen mechanischen Detail darzustellen, jedoch ohne Masse- und Dämpfungseigenschaften.
Beschreibung
Die Untersuchung konzentriert sich auf ein idealisiertes, aber geometrisch detailliertes Stadtmodell, das in einem atmosphärischen Grenzschichtstrom platziert ist. Die Windkanalmessungen wurden in der WOTAN-Anlage durchgeführt, die einen Testabschnitt mit einer Länge von 18 m, einer Breite von 4 m und einer Höhe von 2,75-3,25 m aufweist. Das entsprechende Rauigkeitsfeld wurde durch eine Rauhigkeitslänge von z0=1,53 m und einen Profilexpoenten α=0,27 charakterisiert, was "sehr raue" Geländebedingungen repräsentiert. Insgesamt 1.838 Messpunkte wurden für verschiedene Dachkonfigurationen aufgezeichnet. Die zeitabhängigen horizontalen Geschwindigkeitskomponenten u und v, einschließlich Mittelwerte, Varianzen, Korrelationen und Spektren, wurden mit einem 2D-Laser-Doppler-Anemometer (LDA) bei 500-600 Hz erfasst. Messpunkte waren in vertikalen und horizontalen Profilen, in Straßenschluchten und an definierten Reproduktionsorten verteilt. Der Michel-Stadtdatensatz dient als Referenzvalidierungsfall (C5) gemäß VDI-Richtlinie 3783 Teil 9 [1]. Zur Validierung werden neben dem Trefferverhältnis eine relative Abweichung D=0,25 und eine absolute Abweichung W=0,08 angewendet, um Reproduzierbarkeit und Messunsicherheit zu berücksichtigen. Dieser Datensatz wurde von mehreren Institutionen (z.B. KalWin [2]) für CFD-Validierungs- und Modellvergleichszwecke verifiziert und übernommen.
[1] VDI Richtlinie 3783 Blatt 9: Umweltmeteorologie - Prognostische mikroskalige Windfeldmodelle - Evaluierung für Gebäude- und Hindernisumströmung, 2017
[2] KalWin, “Validation of flow field prediction within a realistic but idealized urban environment with OpenFOAM”, Report KalWin Engineering GbR, 2022, http://www.kalwin-engineering.com/wp-content/uploads/2022/10/KalWin-Report-ValidationOkt2022.pdf