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1. Februar 2023

Wie werden durchlässige Flächen in RWIND 2 verwendet?

In der Numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics - CFD) können komplexe Flächen, die nicht vollständig massiv sind, mithilfe eines porösen und durchlässigen Mediums modelliert werden. In der Praxis sind das beispielsweise textile Bauten für Windschutzkonstruktionen, Drahtgewebe, perforierte Fassaden und Verkleidungen, Jalousien sowie Rohrbündel (übereinander angeordnete, horizontale Zylinder) usw.

In der Numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics - CFD) können komplexe Flächen, die nicht vollständig massiv sind, mithilfe eines porösen und durchlässigen Mediums modelliert werden. In der Praxis sind das beispielsweise textile Bauten für Windschutzkonstruktionen, Drahtgewebe, perforierte Fassaden und Verkleidungen, Jalousien sowie Rohrbündel (übereinander angeordnete, horizontale Zylinder) usw. Modelle solcher Strukturen können eine so komplizierte Geometrie aufweisen, dass es unmöglich ist, für diese ein Netz effizient zu generieren; das sich daraus ergebende Netz ist unter Umständen sehr fein oder von schlechter Qualität. Unter solchen Bedingungen wird die Berechnung entweder falsch oder sie nimmt mithilfe von Supercomputern viel Zeit in Anspruch. Es ist daher dringend zu empfehlen, bei solchen Strukturen ein besonderes Medium für das Modell heranzuziehen, das einen gewissen Strömungsdurchfluss ermöglicht.

Im folgenden wird Schritt für Schritt erklärt, wie man die Funktion für durchlässige Flächen in RWIND 2 anwenden kann:

Schritt 1: Modellierung der exakten Geometrie mit Porosität in RWIND

Das exakte geometrische Modell soll mit einer vorgegebenen Porosität (40% Porosität werden hier berücksichtigt) simuliert werden (Bild 2). Für die Umsetzung der exakten Geometrie sollte die Option des vereinfachten Modells deaktiviert und die Netzverdichtung erhöht werden (Bild 3).

Schritt 2: Konfiguration der Simulation

Der gesamte Querschnitt des Simulationsfeldes sollte von der porösen Fläche ausgefüllt werden, damit die Strömung innerhalb des porösen Bereichs durchließen kann. Die niedrigere Randbedingung des Windkanals muss auf Gleiten gesetzt werden, um den Druckverlust der porösen Fläche wirklich sehen zu können (Bild 4). Auf diese Weise erhält man genauere Druckverlustwerte, die für die poröse Fläche relevant sind.

Schritt 3: Zwei Windsimulationen mit unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten

Dabei werden zwei unterschiedliche Windgeschwindigkeiten von 5 m/s und 15 m/s betrachtet. Im Anschluss an die Simulationen müssen wir die Druckverlustdaten anhand der entsprechenden Option (Graph entlang Linie) in RWIND erhalten (Bild 5 und 6). Es ist sehr wichtig, den stationären Teil des Druckfelddiagramms zu berücksichtigen, um die Auswirkungen lokaler Druckschwankungen, bestimmter Positionen usw. zu vermeiden.

Schritt 4: Darcy-Forchheimer Calculator

Um die für RWIND erforderlichen Eingabeparameter wie den Darcy-Koeffizienten (D) und den Trägheitskoeffizienten (I) zu ermitteln, können wir den Darcy-Forchheimer Calculator (https://holzmann-cfd.com/community/blog-and-tools/darcy-forchheimer) nutzen; die entsprechenden Informationen sind in Bild 7 dargestellt. Nachdem die Eingabedaten eingetragen wurden, erhält man den Darcy-Koeffizienten (D) und den Forchheimer-Beitrag (F), der dem Trägheitskoeffizienten (I) in RWIND entspricht; außerdem ist L die Länge des durchlässigen Mediums in Strömungsrichtung (hier ist die Dicke der Fläche = 0,0016 m). Schließlich kann man sämtliche Parameter in der RWIND-Tabelle der durchlässigen Flächen ersetzen (Bild 8).


Autor

Herr Kazemian ist verantwortlich für die Produktentwicklung und das Marketing für die Dlubal-Software, insbesondere für das Programm RWIND 2.