In der numerischen Strömungsmechanik (CFD) lassen sich komplexe Flächen, die nicht vollständig massiv sind, mithilfe poröser Medien oder Medien mit Durchlässigkeit modellieren. Beispiele für solche Flächen in der Praxis sind unter anderem Windschutzkonstruktionen aus Gewebe, Drahtgitter, perforierte Fassaden und Verkleidungen, Lamellen, Rohrbündel (Stapel aus horizontalen Zylindern) und so weiter.
Modelle dieser Strukturen können eine derart komplexe Geometrie aufweisen, dass es unmöglich ist, für sie effizient ein Netz zu generieren; das resultierende Netz könnte in bestimmten Situationen entweder übermäßig fein oder von schlechter Qualität sein. Unter solchen Bedingungen führt die Berechnung entweder zu falschen Ergebnissen oder nimmt selbst auf Supercomputern sehr viel Zeit in Anspruch. Daher wird dringend empfohlen, beim Umgang mit solchen Strukturen ein Modell eines Mediums zu verwenden, das eine Strömung durchlässt.
Hier erklären wir Schritt für Schritt, wie man die Funktion der durchlässigen Fläche in RWIND 2 verwendet:
Schritt 1: Modellierung der exakten Geometrie mit Porosität in RWIND
Das exakte Geometriemodell mit angegebener Porosität (hier wird eine Porosität von 40 % angenommen) muss simuliert werden (Bild 2). Für die Umsetzung der exakten Geometrie sollte die Option des vereinfachten Modells deaktiviert und die Netzverdichtungsstufe erhöht werden (Bild 3).
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Schritt 2: Simulationsaufbau
Der gesamte Querschnitt der Simulationsdomäne sollte von der porösen Fläche ausgefüllt werden, um die Strömung innerhalb des porösen Abschnitts zu ermöglichen. Die untere Randbedingung des Windkanals muss als Schlupf festgelegt werden, um den Druckverlust der porösen Fläche wirklich erkennen zu können (Bild 4). Auf diese Weise lassen sich genauere Druckabfallwerte für die poröse Fläche ermitteln.
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Schritt 3: Zwei Windsimulationen mit unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten
Hier werden 5 m/s und 15 m/s als zwei unterschiedliche Windgeschwindigkeiten betrachtet. Nach den Simulationen müssen wir die Druckverlustdaten mithilfe eines Diagramms entlang der Linienproben-Option in RWIND ermitteln (Bilder 5, 6). Es ist sehr wichtig, den stationären Teil des Druckfelddiagramms zu berücksichtigen, um die Auswirkungen lokaler Druckschwankungen, bestimmter Positionen und dergleichen zu vermeiden.
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Schritt 4: Darcy-Forchheimer Calculator
Um die erforderlichen Eingabeparameter in RWIND zu ermitteln, wie beispielsweise den Darcy-Koeffizienten (D) und den Trägheitskoeffizienten (I), können wir den Darcy-Forchheimer Calculator (
Darcy-Forchheimer Calculator
) verwenden; die erforderlichen Angaben sind in Bild 7 dargestellt. Nach Eingabe der Daten erhalten Sie 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 beträgt die Dicke der Fläche 0,0016 m). Abschließend können Sie alle Parameter in die RWIND-Tabelle für durchlässige Flächen einsetzen (Bild 8).
