Descripción
Este caso de verificación, basado en el documento del WTG alemán: Hoja informativa del Comité 3 - Simulación numérica de flujos de viento, Capítulo 9.2 (ver referencias), compara cálculos de dinámica de fluidos computacional de coeficientes de presión del viento con datos experimentales de la base de datos aerodinámica de la Universidad Politécnica de Tokio (TPU) (ver referencias). El análisis se centra en un modelo de edificio de gran altura (relación 2:1:5). Los datos del túnel de viento de capa límite de TPU – rigurosamente validados a través de estudios revisados por pares y accesibles públicamente a través de su portal de ingeniería eólica – proporcionan métricas de referencia para evaluar la precisión del modelado de turbulencia y los efectos de sensibilidad de la malla.
Mientras que el ejemplo de verificación VE0311 | Comparación de cargas de viento en un edificio de gran altura mediante pruebas en túnel de viento y simulación CFD utilizó la nutkWallFunction estándar, este ejemplo evalúa el rendimiento de la USpaldingWallFunction, la cual proporciona un perfil de velocidad continuo en toda la capa límite. Los parámetros clave de comparación incluyen los valores medios de los coeficientes de presión en zonas críticas del edificio (cara de barlovento, paredes laterales, regiones de separación de sotavento) para ambas funciones de pared en comparación con los datos experimentales.
| Propiedades del fluido | Viscosidad cinemática | ν | 1.500e-5 | m2/s |
| Densidad | ρ | 1.250 | kg/m3 | |
| Túnel de viento | Longitud | Dx | 2720.000 | m |
| Anchura | Dy | 900.000 | m | |
| Altura | Dz | 720.000 | m | |
| Edificio | Ancho | B | 80.000 | m |
| Fondo | D | 40.000 | m | |
| Altura | H | 200.000 | m | |
| Parámetros de cálculo | Velocidad de referencia | uref | 22.000 | m/s |
| Altura de referencia | zref | 10.000 | m | |
| Constante de von Kármán | κ | 0.410 | ||
| Constante de viscosidad turbulenta | Cμ | 0.090 | ||
| Longitud de rugosidad superficial aerodinámica | z0 | 1.000 | m |
Solución analítica
No se dispone de una solución analítica. El ejemplo proporciona una comparación entre los resultados de la simulación CFD de RWIND y los datos experimentales (Base de datos aerodinámica de TPU).
El perfil de velocidad del viento se calcula a partir de la Ley potencial según la siguiente fórmula:
donde el exponente del perfil α se define como
La intensidad de turbulencia se toma de la Base de datos aerodinámica de TPU según el siguiente gráfico para α=0.25.
Configuración de la simulación RWIND
- Modelado en RWIND 3.07
- Tipo de simulación de flujo transitorio
- La densidad de malla es del 20% con refinamientos: 5,698,702 celdas
- Modelo Spalart-Allmaras DDES
- Función de pared: USpaldingWallFunction (resultados comparados con nutkWallFunction del VE 000311)
- Condición de contorno de entrada - perfil de velocidad y perfil de intensidad de turbulencia
- Fondo del túnel - condición de contorno de no deslizamiento
- Paredes y techo del túnel - condición de contorno de deslizamiento
- Condición de contorno de salida - presión cero; gradiente de velocidad cero
- Se realiza un cálculo paso a paso, incorporando una entrada definida por el usuario de la función de pared aplicada directamente en el archivo fuente. El modelo utilizado es idéntico al del Ejemplo de verificación 0311.
Resultados
Se presenta una comparación gráfica de los coeficientes de presión del viento promedio obtenidos usando las funciones de pared nutkWallFunction y USpaldingWallFunction en las simulaciones RWIND en las superficies de barlovento, sotavento, derecha e izquierda del edificio. Estos valores simulados se evalúan con respecto a los datos medios de series temporales medidos en puntos de prueba de la Base de datos aerodinámica de TPU. En general, no se observa una desviación significativa en los datos calculados entre los dos métodos, lo que ilustra la sensibilidad —y estabilidad— de la distribución de presión al tratamiento de la función de pared seleccionado en las diferentes zonas del edificio.
Nota: Los datos experimentales mostrados en los gráficos se representan basándose en los archivos de datos obtenidos del sitio web de TPU. Sin embargo, los gráficos mostrados en el sitio web de TPU coinciden con los archivos de datos solo en el caso de la superficie de barlovento.
