Die stationäre Strömung ist über die Zeit konstant. Die numerische Berechnung löst die vereinfachten Navier-Stokes-Gleichungen, um das resultierende Druck- und Geschwindigkeitsfeld zu erhalten.
Wenn der Wind über hohe schlanke Strukturen wie Schornsteine, Hochhäuser oder Masten bläst, kann eine transiente (instationäre) Strömung erzeugt werden. Bei stetigen kontinuierlichen oder schwach turbulenten Winden mit einer kritischen Geschwindigkeit kann hinter der Struktur ein Wirbelablösungsphänomen auftreten.
Die Wirbel werden abwechselnd von einer Seite zur anderen abgestoßen. Dieses organisierte Wirbelmuster wird als Karman-Wirbelstraße bezeichnet. Durch die Ablösung der Wirbel entstehen die alternierenden Tiefdruckzonen auf der windabgewandten Seite des Bauwerks und die fluktuierende Kraft, die senkrecht zur Windrichtung wirkt, siehe Wirbelablösung. Dies hat zur Folge, dass bei mäßigen und häufigen Windgeschwindigkeiten große Schwingungen auftreten können, Bauwerke eine große Anzahl von Spannungsspielen durchlaufen können, die zu Ermüdungsschäden führen und zum Versagen führen können, ohne die Grenzspannung zu erreichen.
Die Periodenfrequenz der Wirbelablösung kann auch an die Eigenfrequenz des Bauwerks gekoppelt werden. Sind diese beiden Frequenzen gleich, setzt Resonanz ein und das Bauwerk erfährt starke Schwingungen senkrecht zur Windrichtung.
Um die möglichen Schäden durch Wirbelablösung zu berücksichtigen, ist es für die Tragwerksplanung wichtig, die instationäre Windströmung zu simulieren. Änderungen der Strukturgeometrie können kohärente Ablösungen unterbrechen und minimieren zusammen mit Steifigkeitsmodifikationen die Windeinflussprobleme. Die instationäre Windströmung und Auswirkungen der Strukturgeometrie können durch die numerische CFD-Berechnung in RWIND Pro ohne aufwendige Windkanalversuche simuliert werden. Der Vorteil der numerischen Simulation besteht darin, dass viele Szenarien und Designs kostengünstig überprüft werden können. [1] [2]
Das instationäre Windverhalten beeinflusst auch das Mikroklima um die Gebäude herum. Der Fußgängerwindkomfort in städtischen Gebieten wird durch verschiedene Windeinwirkungen wie Tunneldrosselung oder Vorticity beeinflusst. Auch für die Simulation dieser Probleme ist RWIND Pro ein geeignetes Werkzeug, siehe Windkomfort in Fußgängerzonen in unserer Knowledge Base.
Für Simulationen instationärer Strömungen verwendet RWIND 2 einen speziellen Solver ("BlueDyMSolver", entwickelt von CFD Support aus dem Standard-Solver OpenFOAM® namens "PimpleFoam").