El programa RWIND Simulation se ha diseñado principalmente para calcular resultados rápidamente incluso para modelos relativamente complejos y grandes. Se ha utilizado la configuración predeterminada para un cálculo rápido, que posteriormente tardó solo 5 minutos en un PC estándar. Los resultados obtenidos están relativamente de acuerdo con los publicados en el artículo anterior [1] y a continuación se analizan con más detalle.
Dominio computacional y malla
El edificio CAARC tiene una forma prismática rectangular con dimensiones de 150x100x600 pies (45,72x30,48x182,88 m) de altura. Las dimensiones del túnel de viento son 4950 pies (1508,76 m) en la dirección de la corriente, 3000 pies (914,4 m) en la dirección del ancho perpendicular y la altura total es de 1200 pies (365,76 m).
La malla de elementos finitos se ha refinado localmente cerca del modelo del edificio con el número total de 540.180 celdas de la malla. Aunque RWIND Simulation permite cálculos en mallas considerablemente más finas, hasta 50 millones de celdas, se ha seleccionado una malla relativamente gruesa para un cálculo rápido.
Configuración de la simulación
Los parámetros de simulación y el perfil de velocidad del viento que entra se ha definido según Dagnew et al. [1] y se muestran en la figura 02.
Las condiciones de contorno del modelo se describen en la tabla 1.
| Parámetro | Lado superior, izquierdo y derecho | Entrada | Salida | Muros y planta del edificio |
|---|---|---|---|---|
| Velocidad | deslizamiento | Perfil de velocidad | Gradiente cero | 0 m/s |
| Imprimir | Gradiente cero | 0 Pa | Gradiente cero | Gradiente cero |
| Intensidad de la turbulencia | - | 0,15% | - | - |
Se ha utilizado el modelo de turbulencia de k-épsilon, y la intensidad de la turbulencia de entrada se ha ajustado a 0,15%.
Cálculo estacionario
El cálculo se ha llevado a cabo con el solucionador de RWIND Simulation, que se relaciona con la familia de solucionadores OpenFOAM - SIMPLE. Es un solucionador del estado estacionario para un flujo turbulento incompresible. La simulación completa, incluyendo la generación de mallas y la preparación de resultados, se completó en 5 minutos en un PC con 8 núcleos (Intel i9-9900K). El criterio de convergencia de la presión residual se ha establecido en 0,001, que es el valor estándar para el cálculo más rápido, y se alcanzó después de 350 iteraciones. La presión residual mínima es de 0,0001 y se puede alcanzar después de 700 iteraciones mientras continúa el cálculo. Sin embargo, los resultados no se vieron afectados considerablemente.
Las figuras 5 a 7 muestran la distribución de la presión en la superficie del edificio y el campo de velocidad. Con fines de validación y comparación, el coeficiente de presión calculado Cp se compara con los datos obtenidos de [1] en las figuras 9 a 11. El coeficiente cp se calcula de la siguiente forma:
| p | la presión estática en el punto en el que se evalúa el coeficiente de presión |
| p∞ | Presión estática en la corriente libre (aquí: p∞ = 0 Pa) |
| ρ es | la densidad del aire (aquí ρ = 1,2 kg/m³) |
| eqvh | Velocidad de flujo libre a la altura del edificio (aquí: vH = 12,7 m/s) |
En el lado de barlovento los resultados de RWIND Simulation y los resultados experimentales según Dagnew et al. [1] son casi idénticos. En los muros laterales y de sotavento, se observan diferencias de 10% - 20% entre los datos medidos y calculados, que se puede explicar mediante el modelo de turbulencia (k-épsilon) utilizado y la malla computacional gruesa. La precisión del resultado se puede mejorar utilizando modelos de turbulencia más precisos (LES), que estarán disponibles en futuras versiones de RWIND Simulation.
Resultados RWIND Simulation:
Comparación con los datos y resultados publicados en [1]:
![Valores de los coeficientes de la presión media Cp sobre el perímetro en Z/H = 2/3. Comparación con los resultados de otros métodos numéricos publicados en [1]](/es/webimage/008688/1697765/09-es_KB001624.png?mw=760&hash=2f27b66e8880a3e56162af2024da3cd107ecda56)
Para explicar el diagrama anterior, se puede agregar que la unidad del eje de abscisas x '/Dx resulta de la coordenada x realmente existente de RWIND y la distancia al centro de RWIND, que es de 100 pies.
Cálculo transitorio
Para estructuras altas y delgadas, es útil simular un flujo transitorio (inestable) para considerar el posible daño causado por el desprendimiento de vórtices. RWIND 2 usa "BlueDySolver" para simular flujos inestables, que fue desarrollado a partir del solucionador estándar de OpenFOAM® "PimpleFoam". Como parte de esta simulación, se crearon 91 animaciones de flujo durante un tiempo de simulación de 1200 segundos con un intervalo de tiempo de 12 segundos. El programa ofrece la posibilidad de cambiar estos intervalos de tiempo automáticamente y de suavizar el flujo entre dos intervalos de tiempo por interpolación lineal de tal manera que se puede mostrar una animación coherente del flujo durante todo el tiempo de simulación. Las siguientes animaciones muestran la distribución de la presión en la superficie del edificio, así como la distribución de la velocidad alrededor del edificio, que se lograron con la ayuda del cálculo de transitorios.
Para comparar los resultados del cálculo de transitorios con los del cálculo estacionario o con los de Dagnew et al. [1] , el coeficiente de presión cp para la ruta de evaluación que se muestra en la figura 08 también se determinó para esta simulación. El siguiente diagrama muestra todos los resultados.
Los resultados del cálculo de los transitorios en la superficie de barlovento también concuerdan muy bien con los resultados del cálculo estacionario y los datos experimentales en el túnel de viento de Dagnew et al. [1]. En la superficie de sotavento, los resultados del flujo transitorio, similares a los del flujo constante, se desvían aprox. 10 a 20% de los datos medidos. Las desviaciones de los resultados transitorios de los otros resultados son ligeramente mayores en las superficies laterales. Por un lado, esto se puede atribuir al hecho de que el software RWIND Simulation utiliza un solucionador diferente para el cálculo de transitorios que para la simulación estacionaria y, por otro lado, al continuo desarrollo y mejora del software. Esta comparación también muestra que el modelo de turbulencia K-Omega proporciona un mayor acuerdo con los resultados experimentales que el modelo de turbulencia K-Epsilon. Además, la simulación estacionaria se ha ampliado para incluir un cálculo de segundo orden. Estos resultados también se muestran en el diagrama anterior, pero difieren sólo ligeramente de los del primer orden.
![Valores de los coeficientes de la presión media Cp sobre el perímetro en Z/H = 2/3. Comparación con los resultados de otros métodos numéricos publicados en [1]](/es/webimage/008688/1697765/09-es_KB001624.png?mw=350&hash=dad093de9b57021ef4cf04fe37ba82b334ec2eb2)
