Descripción del trabajo
Las normas disponibles, como EN 1991-1-4 [1], ASCE/SEI 7-16 y NBC 2015 presentaron parámetros de carga de viento como el coeficiente de presión del viento (Cp) para formas básicas. El punto importante es cómo calcular los parámetros de la carga de viento de forma más rápida y precisa, en lugar de trabajar en fórmulas de las normas que requieren mucho tiempo y, a veces, son complicadas.
Uno de los puntos importantes en la simulación con CFD es encontrar configuraciones precisas y compatibles con respecto a los datos de entrada, como los modelos de turbulencia, el perfil de velocidad del viento, la intensidad de la turbulencia, la condición de la capa límite, el orden de discretización, etc., que no se mencionan en el Eurocódigo. En el ejemplo actual para la forma de un cilindro, recomendamos configuraciones compatibles con respecto al Eurocódigo. Como se puede ver en EN 1991-1-4, existen fórmulas complicadas para obtener el valor de Cp relacionado con diferentes números de Reynolds.
Solución analítica
La dimensión del cilindro como se muestra en la Figura 1 se calcula para el número de Reynolds (Re = 2*106 ) basado en la Ecuación 7.15 (EN 1991-1-4), donde b es el diámetro, ν es la viscosidad cinemática del aire (ν = 15*10-6 m2/s), v (ze) es la velocidad máxima del viento:
Aquí están los supuestos y configuraciones recomendados (Tabla 1), que presentan una mejor concordancia con Cp y el valor del coeficiente de fuerza con el ejemplo del Eurocódigo:
| Velocidad del viento | V | 30 | m/s |
| Número de Reynolds (Ecuación 7.15, EN 1991-1-4) | Re | 2*106 | |
| Altura | L | 1 | m |
| Diámetro | D | 1 | m |
| Posición de la separación mínima presión/flujo (tabla 7.12, EN 1991-1-4) | αmin / αA | 80/120 | Grados |
| Valor del coeficiente de presión mínima (tabla 7.12, EN 1991-1-4) | Cp0,min | -1,9 | |
| Coeficiente de presión base (tabla 7.12, EN 1991-1-4) | Cp0,h | -0,7 | |
| La relación de solidez (Ecuación 7.28, EN 1991-1-4) | φ | 1 | |
| La esbeltez eficaz (tabla 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 1 | |
| Factor de efecto final (Figura 7.36 - Ecuación 7.17, EN 1991-1-4) | ψλ - ψλa | 0,6-(0,6-1) | |
| Coeficiente de fuerza (Figura 7.28, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 0,55 | |
| Densidad del aire | ρ es | 1,25 | kg/m3 |
| Modelo de turbulencia | RANS en regimen estacionario k-ω SST | - | |
| Viscosidad cinemática (Ecuación 7.15, EN 1991-1-4) | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Orden del esquema | Segundo | - | |
| Valor objetivo residual | 10-5 | - | |
| Tipo residual | Presión | - | |
| Número mínimo de iteraciones | 800 | - | |
| Capa límite | NL | 10 | |
| Tipo de función de pared | Mejorado / mezclado | - | |
| Intensidad de turbulencia (mejor ajuste) | I | 7,5%-15% |
Resultados
Finalmente, el contorno de Cp para una intensidad de turbulencia del 7,5% (Figura 2) y el diagrama para varias intensidades de turbulencia se representan en la Figura 3, en la que I = 7,5% se muestra con una mejor concordancia en la predicción del coeficiente de presión del viento medio. Para otro criterio (Coeficiente de fuerza Cf, 0 en la tabla 2) que se puede obtener con respecto a la figura 7.28 en EN 1991-1-4, el valor del 15% está más cerca del ejemplo del Eurocódigo.
| Intensidad de la turbulencia (%) | Fd (N) | ρ (kg/m3) | u (m/s) | A (m2) | Cf,0 |
| 1.00 | 253 | 1,25 | 30 | 1 | 0,45 |
| 5,00 | 226 | 1,25 | 30 | 1 | 0,40 |
| 7,50 | 253 | 1,25 | 30 | 1 | 0,46 |
| 10,00 | 257 | 1,25 | 30 | 1 | 0,46 |
| 15,00 | 303 | 1,25 | 30 | 1 | 0,54 |
| 20,00 | 328 | 1,25 | 30 | 1 | 0,58 |
| 25,00 | 361 | 1,25 | 30 | 1 | 0,64 |
| Eurocódigo | |||||
| 0,55 |
Además, el modelo de cilindro con la configuración recomendada está disponible para descargar aquí:
