User Story
El siguiente ejemplo describe experimentos en túnel de viento realizados por el Laboratorio de Túnel de Viento Ambiental (EWTL) en la Universidad de Hamburgo como un caso de validación en la Parte 9.4 del WTG-Merkblatt M3. Vamos a utilizar los campos de velocidad medidos y los datos de rugosidad del modelo de la ciudad de Michel (Caso BL3-3) para validar simulaciones numéricas CFD en estructuras urbanas complejas. El ejemplo puede pertenecer al Grupo 2, según Figura 2.2 en WTG-Merkblatt-M3, basado en la investigación del valor promedio de velocidad del viento:
- G2: Valores absolutos con requisitos de precisión media: El área de aplicación puede incluir parámetros o estudios preliminares cuando se planifican investigaciones posteriores con mayor precisión (por ejemplo, examen en túnel de viento de clase G3).
- R2: Solitario: todas las direcciones del viento relevantes con resolución direccional suficientemente fina.
- Z2: Valores medios estadísticos y desviaciones estándar: siempre que impliquen procesos de flujo estacionario para los cuales una verificación estadística de fluctuaciones con un factor de pico sea suficiente.
- S1: Efectos estáticos: Son suficientes para representar el modelo estructural con el detalle mecánico necesario, pero sin propiedades de masa y amortiguamiento.
Descripción
La investigación se centra en un modelo de ciudad idealizado pero geométricamente detallado colocado en un flujo de capa límite atmosférica. Las mediciones del túnel de viento se realizaron en la instalación WOTAN, que cuenta con una sección de prueba de 18 m de largo, 4 m de ancho y 2.75-3.25 m de alto. El campo de rugosidad correspondiente se caracterizó por una longitud de rugosidad de z0=1.53 m y un exponente de perfil α=0.27 que representa condiciones de terreno "muy rugoso". Se registraron un total de 1,838 puntos de medición para varias configuraciones de techo. Se obtuvieron los componentes de velocidad horizontal dependientes del tiempo u y v, incluyendo valores medios, varianzas, correlaciones y espectros, con un Anemómetro Láser-Doppler 2D (LDA) a 500-600 Hz. Los puntos de medición se distribuyeron en perfiles verticales y horizontales, en cañones de calles, y en ubicaciones de repetibilidad definidas. El conjunto de datos de la Ciudad Michel sirve como un caso de validación de referencia (C5) según la Directriz VDI 3783 Parte 9 [1]. Para la validación, además del índice de aciertos, se aplica una desviación relativa D=0.25 y una desviación absoluta W=0.08 para tener en cuenta la repetibilidad y la incertidumbre de medición. Este conjunto de datos ha sido verificado y adoptado por varias instituciones (por ejemplo, KalWin [2]) para propósitos de validación CFD y comparación de modelos.
[1] VDI Richtlinie 3783 Blatt 9: Umweltmeteorologie - Prognostische mikroskalige Windfeldmodelle - Evaluierung für Gebäude- und Hindernisumströmung, 2017
[2] KalWin, “Validation of flow field prediction within a realistic but idealized urban environment with OpenFOAM”, Report KalWin Engineering GbR, 2022, http://www.kalwin-engineering.com/wp-content/uploads/2022/10/KalWin-Report-ValidationOkt2022.pdf