RWIND 2 | Windsimulation (Windkanal)
Windlast-Generierung auf CFD-Basis für jede Modellform
Ziviltechniker Matthias Mösl
13. November 2019
Sehr gelungenes Webinar zu RWIND Simulation
„Das Webinar zu RWIND Simulation war sehr gelungen!
Ab nun ist es möglich, Windkräfte auf Geometrien von Objekten, die nicht in der Norm geregelt sind, zu untersuchen. Nach Norm war die Windkraftannahme sehr oft eine mehr oder weniger gute Schätzung.“
DI Dr. techn. Wolfgang Billensteiner
15. November 2019
„Das RFEM-Zusatzmodul RF-STABIL ist eine perfekte Kombination mit RWIND Simulation. Mit RF-STABIL kann ich eine Knickanalyse durchführen, um genaue Knicklängen zu erhalten. Mit RWIND Simulation erhalte ich genaue Windlasten. Bei ungewöhnlichen Strukturformen wäre es reine Spekulation, ob die Windlasten aus der Norm ... nicht konservativ oder absolut konservativ berechnet werden müssen. Mein Kunde ist mit den Ergebnissen zufrieden und beeindruckt!“
Yuri Yurianto, SE, PE, M.Sc.
1. Oktober 2019
RWIND ist ein Programm (digitaler Windkanal) zur numerischen Simulation von Windströmungen um beliebige Gebäudegeometrien mit Ermittlung der Windlasten auf deren Oberflächen. RWIND steht als Basic- und Pro-Version zur Verfügung.
Dieses Programm wurde in Zusammenarbeit mit PC-Progress und CFD Support entwickelt und kann als eigenständige Anwendung oder als Ergänzung zu den Programmen RFEM und RSTAB für statische und dynamische Analysen verwendet werden.
Leistungsmerkmale RWIND Basic
- Berechnung von stationären inkompressiblen turbulenten Windströmungen unter Verwendung des SimpleFOAM-Lösers aus dem OpenFOAM®-Softwarepaket
- Numerisches Schema nach 1. und 2. Ordnung
- Turbulenzmodelle RAS k-ω und RAS k-ε
- Berücksichtigung von Oberflächen-Rauigkeiten abhängig von Modellzonen
- Modellaufbau über VTP-, STL-, OBJ- und IFC-Dateien
- Bedienung über bidirektionale Schnittstelle von RFEM bzw. RSTAB zum Import von Modellgeometrien mit normbasierten Windbelastungen und Export von Windbelastungslastfällen mit probenbasierten Ausdruckprotokolltabellen
- Intuitive Modelländerung über Drag & Drop und grafische Anpassungshilfen
- Generierung einer Shrink-Wrap-Netzhülle um die Modellgeometrie
- Berücksichtigung von Umgebungsobjekten (Gebäude, Gelände, etc.)
- Höhenabhängige Beschreibung der Windbelastung (Windgeschwindigkeit und Turbulenzintensität)
- Automatische Vernetzung abhängig von einer gewählten Detailtiefe
- Berücksichtigung von Schichtnetzen nahe der Modelloberflächen
- Parallelisierte Berechnung mit optimaler Ausnutzung aller Prozessorkerne eines Computers
- Grafische Ausgabe der Flächenergebnisse auf den Modelloberflächen (Flächendruck, Cp-Koeffizienten)
- Grafische Ausgabe der Strömungsfeld- und Vektorergebnisse (Druckfeld, Geschwindigkeitsfeld, Turbulenz – k-ω-Feld, und Turbulenz – k-ε-Feld, Geschwindigkeitsvektoren) auf Clipper-/Slicer-Ebenen
- Darstellung der 3D-Windströmung über animierbare Stromliniengrafiken
- Definition von Punkt- und Linienproben
- Mehrsprachige Programmbedienung (Deutsch, Englisch, Tschechisch, Spanisch, Französisch, Italienisch, Polnisch, Portugiesisch und Russisch)
- Berechnungen von mehreren Modellen in einem Stapelverarbeitungsprozess
- Generator zur Erstellung von gedrehten Modellen für die Simulation von unterschiedlichen Windrichtungen
- Optionale Unterbrechung und Fortsetzung der Berechnung
- Individuelles Farbpanel je Ergebnisgrafik
- Diagrammdarstellung mit separater Ausgabe der Ergebnisse auf beiden Seiten einer Fläche
Leistungsmerkmale RWIND Pro
- Berechnung von transienten inkompressiblen turbulenten Windströmungen mit dem Gleichungslöser BlueDyMSolver
- LES-SpalartAllmarasDDES-Turbulenzmodell
- Berücksichtigung der stationären Lösung als Anfangszustand für die transiente Berechnung
- Automatische Ermittlung des Analysezeitraums und der Zeitschritte
- Nutzung der Zwischenergebnisse während der Berechnung
- Organisierte Darstellung der zeitlich veränderlichen Ergebnisse über Zeitschritteinheiten
- Diagramdarstellung der Strömungswiderstandskraft und Punktprobenergebnisse über die Analysezeit
- Darstellung der Linienprobenergebnisse für beliebige Zeitschritte in einem Diagramm
Eingabe
Für die Modellierung der Körper in RWIND Basic gibt es in RFEM bzw. RSTAB eine spezielle Anwendung. In dieser Anwendung werden die zu analysierenden Windrichtungen über bezogene Winkelstellungen um die vertikale Modellachse definiert und das höhenabhängige Wind- und Turbulenzintensitätsprofil auf Basis einer Windnorm festgelegt. Aus diesen Angaben ergeben sich unter Zuhilfenahme von hinterlegten Berechnungsparametern für eine stationäre Berechnung je Winkelstellung eigene Lastfälle.
Alternativ kann das Programm RWIND Basic auch manuell ohne die Schnittstellenanwendung in RFEM bzw. RSTAB betrieben werden. In diesem Fall werden die Körper und die Geländeumgebung in RWIND Basic direkt aus importierten VTP-, STL-, OBJ- und IFC -Dateien modelliert. Die höhenabhängige Windbelastung und weitere strömungsmechanischen Daten sind in RWIND Basic direkt definierbar.
Berechnung
RWIND Basic verwendet ein numerisches CFD-Modell (Computational Fluid Dynamics), um Windströme um Objekte mit Hilfe eines digitalen Windkanals zu simulieren. Der Simulationsprozess ermittelt aus dem Strömungsergebnis um das Modell spezifische Windlasten auf die Modelloberflächen.
Für die Simulation wird ein 3D-Volumennetz verwendet. RWIND Basic führt eine automatische Vernetzung auf Basis von frei definierbaren Steuerparametern durch. Für die Berechnung der Windströme stehen in RWIND Basic ein stationärer und in RWIND Pro ein transienter Löser für inkompressible turbulente Strömungen zur Verfügung. Aus den Strömungsergebnissen werden je Zeitschritt resultierende Oberflächendrücke auf das Modell extrapoliert.
Ausgabe
Die Lösung des numerischen Strömungsproblems ergibt Ergebnisse auf das Modell und um das Modell:
- Druck auf Körperoberfläche
- Cp-Koeffizient-Verteilung auf der Körperoberflächen
- Druckfeld um die Körpergeometrie
- Geschwindigkeitsfeld um die Körpergeometrie
- Turbulenz-k-ω-Feld um die Körpergeometrie
- Turbulenz-k-ε-Feld um die Körpergeometrie
- Geschwindigkeitsvektoren um die Körpergeometrie
- Stromlinien um die Körpergeometrie
- Kräfte auf stabförmige Körper, die ursprünglich aus Stabelementen generiert wurden
- Konvergenzdiagramm
- Richtung und Größe des Strömungswiderstands der definierten Körper
Diese Ergebnisse werden in der Umgebung von RWIND dargestellt und grafisch für frei festlegbaren Zonen ausgewertet. Da voluminös dargestellte Strömungsergebnisse um die Körpergeometrie unübersichtlich sind, werden in RWIND Basic zur Analyse frei verschiebbare Schnittebenen zur separaten Darstellung der „Volumenergebnisse“ in einer Ebene zur Verfügung gestellt. Für das 3D-verzweigte Stromlinienergebnis gibt es neben einer ruhenden Darstellung auch eine animierte Darstellung in Form von bewegten Linienstücken oder Partikeln. Diese Option hilft, die Windströmung als dynamische Wirkung darzustellen.
Sämtliche Ergebnisse sind als Bild oder speziell für die animierten Ergebnisse als Video exportierbar.
Übergabe der Windlasten an RFEM bzw. RSTAB
Mit Start der Analyse in der Anwendung von RFEM bzw. RSTAB läuft ein Stapelverarbeitungsprozess an, der sämtliche Stab-, Flächen- und Volumendefinitionen des Modells jeweils gedreht mit allen relevanten Beiwerten in den numerischen Windkanal von RWIND Basic stellt, die CFD-Analyse startet und die resultierenden Oberflächendrücke für einen ausgewählten Zeitschritt als FE-Netzknotenlasten bzw. Stablasten in die jeweiligen Lastfälle von RFEM bzw. RSTAB wieder zurückgibt.
Diese mit RWIND-Basic-Lasten versehenen Lastfälle sind berechenbar und können mit anderen Lasten in Lastkombinationen und Ergebniskombinationen kombiniert werden.
Haftungsausschluss: Dieses Angebot wird von OpenCFD Limited, Hersteller und Vertreiber der OpenFOAM-Software über www.openfoam.com und Inhaber der Marken OPENFOAM® und OpenCFD®, weder genehmigt noch bestätigt.
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Windkomfort in Fussgängerbereichen und um die Gebäude
Gebäude sind windumströmte Körper. Dabei entstehen durch die Umströmung spezifische Lasten auf die Oberflächen, die in der Tragwerksplanung zur Auslegung heranzuziehen sind.
