Para generar una malla de volumen finito para CFD, el modelo debe ser topológicamente correcto. En RWIND 2, los límites del modelo se definen mediante triángulos. El término "topológicamente correcto" significa que estos triángulos deben formar una malla triangular cerrada; cada borde de la malla tiene exactamente dos triángulos adyacentes y los triángulos no deben intersecarse o tocarse entre sí, excepto los bordes comunes y los vórtices. De hecho, la definición exacta de un modelo "topológicamente correcto" es más complicada, pero no queremos entrar en todos los detalles aquí.
Los modelos típicos de CAD a menudo no son topológicamente correctos. Los triángulos de un objeto 3D se intersecan con los triángulos de otros objetos, el contorno del modelo no está cerrado, etc. El preprocesamiento de tales modelos para un análisis de CFD puede ser muy extenso y requiere del 60-80% del tiempo del ingeniero. Por lo tanto, facilitar este trabajo es una de las características más fuertes de RWIND 2. Se ha logrado mediante la implementación del llamado modelo simplificado. El modelo simplificado se representa mediante una malla especial que "envuelve" el modelo original. Esta malla es topológicamente correcta y, por lo tanto, se puede usar como un límite del modelo para la generación de una malla de volumen finito en 3D para el cálculo de CFD.
Tipos de malla del modelo
En RWIND 2 hay 5 tipos de mallas, cada una con su propia función en el proceso de cálculo. Aquí hay una vista general de ellos, ordenados desde la malla del modelo original de RFEM 6 hasta la malla computacional de RWIND 2:
Malla del modelo original
Mallas creadas a partir de la malla del MEF original en RFEM 6. Hay dos tipos:
- M1: Malla basada en la malla del método de los elementos finitos del modelo de RFEM 6 o el modelo stl importado.
- M2: Malla refinada para una mejor visualización gráfica de los resultados en el modelo original. RWIND 2 refina la malla del modelo original para una mejor transición de los resultados de la malla computacional de la superficie al modelo original.
Malla del modelo simplificado
La malla generada por RWIND 2:
- M3: La malla creada por la envoltura retráctil mejora topológicamente la malla M1. El proceso de envoltura retráctil crea un modelo simplificado de la estructura compleja, reduciendo el nivel de detalle del modelo original. La malla de envoltura retráctil se usa luego como la malla de contorno de entrada para el cálculo de CFD en OpenFOAM.
Malla del modelo computacional
Mallas generadas por OpenFOAM. Hay dos tipos:
- M4: Malla computacional de superficie creada por OpenFOAM basada en la malla M3, la base (malla de contorno) para generar la malla 3D del volumen M5. Después del cálculo, los resultados de la superficie se muestran en esta malla de superficie (malla computacional).
- M5: Malla 3D de volumen generada por snappyHexMesh basada en la malla de la superficie de contorno (M4). Para obtener más información sobre el proceso de generación de mallas, siga el enlace -snappyhexmesh-utility aquí. La malla M5 rellena el dominio de flujo 3D alrededor del modelo y, después del cálculo, se muestran los resultados del campo de flujo.
Simplificación del modelo
El modelo simplificado corrige automáticamente la mayoría de los problemas que, de lo contrario, tendrían que corregirse manualmente. Estos problemas incluyen:
- Detalles innecesarios (véase el punto 1 en la imagen Imperfecciones topológicas): detalles que no son relevantes para la simulación dada y podrían causar inestabilidad en el cálculo debido a una discretización insuficientemente fina.
- Intersección de triángulos (ver punto 2)
- Bordes abiertos y superficies con espesor cero (ver punto 3)
- Aberturas a través de las cuales fluye el fluido (viento) hacia el interior del edificio (ver punto 4)
La imagen de los modelos simplificados a continuación muestra algunos ejemplos de modelos corregidos automáticamente.
Al simplificar el modelo, es posible especificar el nivel de detalle, así como el tamaño máximo de las aberturas que se van a cerrar. El uso de un modelo simplificado para determinar la carga de viento en un edificio se basa en la siguiente suposición: si el modelo simplificado se aproxima bien a la forma del modelo original, la carga calculada para el modelo simplificado también se aproximará a los valores correctos.
Aunque se sugiere el uso del modelo simplificado en la mayoría de los casos, el usuario puede desactivar esta opción y usar los límites del modelo importados para el cálculo. Sin embargo, esta opción solo se recomienda para usuarios avanzados con experiencia en análisis de CFD.
Extrapolación de resultados
Después del cálculo, tenemos los resultados en la malla computacional y necesitamos transferirlos a la superficie del modelo original (es decir, la "Malla original"). Para eso, RWIND utiliza un proceso de extrapolación que se describe a continuación.
El proceso de extrapolación se puede dividir en dos secciones principales:
1. Localización de los triángulos de contorno
El proceso de extrapolación comienza al ubicar los triángulos de contorno de la malla en la superficie del modelo. Buscamos triángulos cuyo centro de gravedad esté lo suficientemente cerca de la malla original. Durante este proceso se tienen en cuenta ciertos criterios, por ejemplo, los triángulos no deben superponerse entre sí, etc.
2. Extrapolación de la presión en la malla del modelo original
Luego, para cada triángulo de contorno de la malla original, encontramos un punto adecuado en la malla computacional y encontramos el valor de la presión allí.
Para encontrar un punto en la malla computacional, primero construimos la normal n en el centro del triángulo S, luego buscamos un punto resultante en la intersección de la normal n con el triángulo de la malla computacional, ver imagen siguiente. Si el punto resultante no se puede encontrar de esta manera, se toma el punto más cercano posible en el área circundante.
Si conseguimos encontrar un punto adecuado en la malla computacional, usamos el valor de la presión en ese punto y lo transferimos a todo el triángulo de la malla original, véase la imagen. El resultado de este proceso son los valores de presión en cada triángulo de la malla del modelo original. En la superficie del modelo, estos valores no son nulos (valores positivos = presión, valores negativos = succión) y en el resto del modelo la presión es cero. Entonces es posible calcular las fuerzas que actúan en los centros de los triángulos debido a la presión inducida por la superficie de los triángulos. La dirección de la fuerza está en la dirección normal al triángulo.
Comprobación de la malla computacional antes del cálculo
RWIND tiene los parámetros de malla de cálculo muy bien establecidos de forma predeterminada para muchos modelos (nivel de detalle, etc.), pero la gama de aplicaciones de RWIND es muy amplia y no todos los modelos pueden encontrar la configuración predeterminada ideal.
Si sospechamos que nuestro modelo requiere una configuración más específica (por ejemplo, los detalles del edificio juegan un papel importante en la simulación del flujo de viento), es una buena idea comprobar la malla computacional antes del cálculo. La siguiente imagen muestra cómo mostrar ambas mallas.
Algunos consejos sobre lo que hay que tener en cuenta:
- Si la malla computacional generada captura suficientemente la geometría del modelo, si la simplificación es demasiado alta, consulte la imagen a continuación.
