Großmaßstäbliche Modelle in RWIND und ihre Optimierung für die Berechnung

Angesichts der mehrdimensionalen Skalierung großer Modelle ist eine Unterteilung in kleinere Modellteile sowie ein stellenweiser Zugriff erforderlich. Im Folgenden erfahren Sie, wie Sie das Modell in Teile aufteilen, Details des Netzes festlegen und die Netzverdichtung sowie Zonen verwenden. Dies soll am Beispiel eines Gebäudes mit auf dem Dach montierten Solarmodulen, wie in Bild 01 dargestellt, gezeigt werden. Wir konzentrieren uns auf die Windlast, die auf die Module einwirkt, und werden folgende Schritte durchführen:

• das Modell in Teile aufteilen
• die Einstellungen zur Modellvereinfachung festlegen
• Zonen zu bestimmten Teilen des Modells zuweisen
• das erzeugte Shrinkwrap-Mesh prüfen
• die Ergebnisse an den Zonen untersuchen

Modell

Aufteilung des Modells

Durch Aufteilung des großen Modells in Teile kann man die Qualität des Netzes für jedes Teil manuell anpassen, das nächste generierte Shrinkwrap Mesh, also das Schrumpfnetz optimieren und nach den eigenen Bedürfnissen simulieren. Um das Modell in Teile zu zerlegen, sollte die Option "Objekt clippen" verwendet werden (Bild 02).

Objekt clippen

Die Aufgliederung selbst sollte sich an den Anforderungen und Bedürfnissen des Anwenders orientieren und sich auf den Teil des Modells beziehen, auf den es am meisten ankommt. In diesem Fall sind das die Solarmodule auf dem Dach. Daher gliedert sich das Modell in drei Teile: Modell Nr. 1, das nur die Module enthält, Modell Nr. 2, welches das Dach unter den Modulen ist, und Modell Nr. 3, das den Rest des Modells darstellt (Bild 03). Bitte beachten Sie, dass Modell Nr. 2 eingeführt wird, um weiche Übergänge zwischen dem feinen und dem groben Netz zu ermöglichen.

Modell in drei Teile aufteilen

Einstellungen zur Modellvereinfachung

Im nächsten Schritt wird der entsprechende Detaillierungsgrad für die Gebäudeteile festgelegt. Dies kann im Fenster "Modell bearbeiten" (Bild 04) erfolgen. Da die Solarmodule (also Modell 1) im Mittelpunkt unseres Interesses stehen, besteht das Ziel darin, dieses Modell so genau wie möglich zu gestalten, um die Windbelastung bestmöglich abzubilden. Da der Detailmaßstab (1-4) eventuell nicht ausreicht, können wir den Wert über das Eingabefeld "Detailgröße" manuell angeben.

Modellvereinfachung

Der Detaillierungsgrad wird somit in absteigender Reihenfolge eingestellt: von Modell 1, das wir so genau wie möglich haben möchten, und dem der höchste Detaillierungsgrad zugeordnet wird, bis zu dem groben Modell 3, das uns am wenigsten interessiert. Modell 2, welches das genaue Modell mit dem groben Modell verbindet, ist einem mittleren Detaillierungsgrad zugeordnet, da wir eine gute Kontinuität in den anschließend generierten Shrinkwrap Meshes erreichen wollen.

Es ist zu berücksichtigen, dass die Detailgröße nicht universell ist und vom Berechnungsmodell sowie dem untersuchten Phänomen abhängt. Jedes Problem muss individuell angegangen werden, wobei kritisch zu berücksichtigen ist, welcher Teil des Modells von Interesse ist, genauso wie die Größe des Gesamtmodells, die verfügbare Rechenleistung und die Zeit. Nun könnte man meinen, dass ein möglichst detailliertes Modell die beste Option ist, da es alle Details des Modells abdeckt. Dies ist nur teilweise richtig: Eine hohe Genauigkeit deckt zwar alle Details des Modells ab, kann jedoch rechentechnisch sehr anspruchsvoll (in manchen Fällen sogar unvorhersehbar) bzw. sehr zeitaufwändig sein. Daher müssen Sie die Detailgröße unter Berücksichtigung aller Dinge, die hier näher beleuchtet wurden, auswählen.

Bitte beachten Sie, dass das Programm, wenn Sie das Modell nicht vereinfachen, ein exaktes Modell ohne Shrinkwrapping, also ohne Schrumpfen zur Simulation schickt, die Berechnung dann so auf der exakten Geometrie basiert und sehr rechenintensiv sein kann. In diesem Fall muss das Modell geometrisch korrekt sein (es darf keine offenen oder nicht-mannigfaltigen Kanten enthalten), was eine Geometriekorrektur in CAD-Programmen erforderlich macht. RWIND bietet auch eine Geometrie-Korrektheitsprüfung. Ist das Modell nach dem Ausschalten der Vereinfachung nicht korrekt, erhalten wir eine Warnmeldung; setzen wir die Berechnung jedoch fort, ist mit Fehlern oder ungültigen Ergebnissen zu rechnen.

Zonen den Teilen des Modells zuweisen

Wie bereits erwähnt, wurde das Modell, wie in Bild 05 gezeigt, in einzelne Teile (Modelle) zerlegt. Hier können Sie den Modellen Zonen zuweisen, um noch genauere Ergebnisse zu erzielen. Damit können lokale Netzverdichtungen wie in Bild 06 vorgenommen werden. Bitte beachten Sie, dass Sie für ein optimales Netz eine Netzverdichtung dem Teil des Modells zuweisen sollten, der Sie am meisten interessiert. In diesem Beispiel ist das der erste Teil, also das Modell Nr. 1 (Bild 06).

Zonen im Modell

Netzverdichtung der Zone

Kontrolle des erzeugten Schrumpfnetzes (Shrinkwrap Mesh)

Nachdem Sie eine Netzverdichtung aufgebracht haben, sollten Sie das generierte Netz überprüfen. Dabei sollten Sie beachten, dass es Ziel ist, weiche Netzübergänge zwischen den einzelnen Modellteilen zu erreichen. Das Shrinkwrap Mesh, das für das Modell in diesem Beitrag generiert wurde, ist in Bild 07 dargestellt.

Shrinkwrap Mesh um das Modell legen

In diesem Beispiel möchten wir überprüfen, ob das Schrumpfnetz die in der Simulation umströmten Teile des Modells, d.h. die Solarmodule auf dem Dach, nicht eingehüllt hat. Das angestrebte Netz sollte die Module umhüllen und auch fein genug sein, um alle wichtigen Details mit einzuschließen. Ist dies nicht der Fall, muss eine kleinere Detailgröße eingestellt sowie das Netz neu generiert und erneut überprüft werden.

Grobes Netz um Solarmodule

Feines Netz um Solarmodule

Ergebnisse für Zonen

Abschließend sollten Sie sich noch die Ergebnisse für die Zonen anschauen, die Sie mit der Berechnung erhalten haben. Sie sind in Bild 10 dargestellt und enthalten alle Strömungsergebnisse hinsichtlich Druck, Geschwindigkeiten, Cp-Beiwerten etc. sowie geometrische Daten des Bereichs.

Ergebnisse für Zonen