Ein Windprofil beschreibt den ankommenden Wind am Einlass des Windkanals. Es stellt eine der Eigenschaften eines Lastfalls des Analysetyps „Wind Simulation“ dar (siehe Bild "Analysetyp" des Lastfalls).
Windprofil erstellen
Klicken Sie auf dem Register „Wind Simulation“ im Bereich „Windprofil“ auf die Schaltfläche
. Das Dialogfeld „Neues Windprofil“ erscheint.
Die Windprofile werden in der Kategorie Last-Assistenten des Navigators verwaltet. Sie können auch das Kontextmenü verwenden, um ein neues Windprofil zu definieren.
Windprofiltyp
Wählen Sie den Windprofiltyp aus der Liste aus. Er kann entweder „Benutzerdefiniert“ sein, wobei Sie die Windeigenschaften manuell festlegen können, oder „Nach Norm“, wobei die in den „Basisangaben“ ausgewählte Norm angewendet wird.
Benutzerdefiniertes Profil
Wenn der benutzerdefinierte Profiltyp ausgewählt ist, können Sie die Parameter des Windprofils manuell definieren. Geben Sie die „Höhe“ z ein und weisen Sie die „Windgeschwindigkeit“ v in der Tabelle „Eingabewerte“ zu. Unter der Tabelle wird die Luftdichte definiert. Als nächstes muss die Turbulenz des ankommenden Windes definiert werden. Sie wird berücksichtigt, wenn „Turbulenz berücksichtigen“ auf dem Register Basis des Dialogfelds „Wind Simulation - Berechnungseinstellungen“ aktiviert ist.
Standardmäßig ist im Kontrollfeld „I“ unter der Tabelle eine konstante „Turbulenzintensität“ von 1 % voreingestellt. Die Turbulenzintensität ist das Verhältnis des quadratischen Mittelwerts der turbulenten Geschwindigkeitsschwankungen zur mittleren Windgeschwindigkeit. Eine idealisierte Luftströmung ohne jegliche Schwankungen in Windgeschwindigkeit oder -richtung hätte einen Turbulenzintensitätswert von 0 %. Für Fälle mit hoher Turbulenz liegt die Turbulenzintensität typischerweise zwischen 5 % und 20 % (siehe CFD Online). Die Turbulenzintensität ist standardmäßig auf 1 % eingestellt, um die meisten Fälle mit mittlerer und niedriger Turbulenz abzudecken.
Es kann jedoch auch eine ungleichmäßige Turbulenzintensität oder andere turbulente Größen definiert werden. Dies kann im Kombinationsfeld „Definition der Einlassturbulenz“ ausgewählt werden.
Die Standardoption ist „I und TuL“. Standardmäßig ist die Turbulenzintensität gleichmäßig; durch Deaktivieren des Kontrollfeldes „I“ kann jedoch ein Profil entlang der Höhe definiert werden. Das turbulente Längenmaß TuL wird automatisch aus den Abmessungen des Modells berechnet; es kann jedoch manuell unter der Tabelle „Eingabewerte“ definiert werden.
Ein alternativer Ansatz ist die Verwendung der turbulenten kinetischen Energie k und der turbulenten Dissipationsrate ε („k und ε“) oder der turbulenten kinetischen Energie k und der turbulenten spezifischen Dissipationsrate ω („k und ω“). Diese Größen können durch Berechnung der Windprofile ermittelt werden, z. B. unter Verwendung des Ansatzes der atmosphärischen Grenzschicht basierend auf der aerodynamischen Rauhigkeitslänge (Geländekategorie).
Profil nach Norm
Die Windlast wird über die Höhe des Gebäudes in Abhängigkeit von normenspezifischen Parametern ermittelt. Die Normen EN 1991‑1‑4 [1], ASCE/SEI 7‑16 [2] und NBC 2015 [3] stehen zur Auswahl. Das Bild Windprofil oben veranschaulicht die mit EN 1991‑1‑4 [1] verbundenen Parameter. Wenn eine andere Norm eingestellt ist, wird der Inhalt dieses Abschnitts an die Vorschriften der jeweiligen Norm angepasst.
Wenn Sie das Textfeld neben der „Geländekategorie“ im Zweig „Parameter“ aktivieren, stehen verschiedene Kategorien zur Auswahl. Sie hängen von der Norm und dem Nationalen Anhang ab, die Sie in den „Basisangaben“ des Modells festgelegt haben.
Für einige Nationale Anhänge ist die Windgeschwindigkeit auch von der Geländehöhe abhängig.
Als Ergebnis aller Parameter wird die „Basiswindgeschwindigkeit“ vb,0 angezeigt. Das Windprofil wird aus diesem Wert unter Berücksichtigung der Gesamthöhe des Modells berechnet. Gemäß EN 1991‑1‑4 [1], 4.2, ist dieser Wert die charakteristische 10-Minuten-Mittelwindgeschwindigkeit, unabhängig von Windrichtung und Jahreszeit, in 10 m Höhe über Grund in offenem, flachem Gelände mit niedriger Vegetation wie Gras und einzelnen Hindernissen mit Abständen von mindestens der 20-fachen Hindernishöhe. Sie können die Windgeschwindigkeiten der einzelnen Höhen in einer Tabelle (zweites Register, gekennzeichnet mit „Tabellenwerte“) oder in der Grafik auf der rechten Seite einsehen. Anstelle der Basiswindgeschwindigkeit können Sie die „Mittelwindgeschwindigkeit berücksichtigen“. Gemäß EN 1991‑1‑4 [1], 4.3, hängt die mittlere Windgeschwindigkeit vm(z) in einer Höhe z über dem Gelände von der Geländerauigkeit und der Orographie ab. Sie wird nach EN 1991‑1‑4 [1], Gleichung (4.3) bestimmt. Dies berücksichtigt die Tatsache, dass Auswirkungen des am Modell auftretenden Böengeschwindigkeitsdrucks durch eine spezifische Windkanalsimulation berücksichtigt werden, was die Anwendung niedrigerer mittlerer Geschwindigkeiten ermöglicht. Wenn diese Option aktiviert ist, werden die Tabelle und das Diagramm aktualisiert.
Die Profile der mittleren Geschwindigkeiten vm sind beispielsweise für Deutschland im Nationalen Anhang, Tabelle NA.B.2 für die vier Geländekategorien angegeben.
Die „Dichte“ der Luft ist abhängig von der Höhe, Temperatur, dem Luftdruck und der Luftfeuchtigkeit. Sie hat einen Einfluss auf das dynamische Verhalten des Fluids.
