Comparación de RWIND con ABAQUS, ANSYS y un modelo de prueba basado en una tesis de máster

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Artículo técnico

En este artículo, se comparan los resultados de RWIND, ABAQUS y ANSYS con una prueba en túnel de viento utilizando un modelo de geometría simple.

El siguiente artículo trata de la comparación de un estudio de referencia realizado por la Universidad Tecnológica de Graz en Austria [1] mediante una simulación imitada realizada en RWIND.

En el ámbito del estudio, se analizó un cuboide en una prueba en túnel de viento con respecto a la distribución de la presión. Luego, la prueba se remodeló en ABAQUS y ANSYS, y se compararon los resultados.

Tanto el flujo longitudinal como el transversal se analizaron utilizando dos perfiles de flujo cada uno. Debido a que los resultados de ambos perfiles de viento son muy similares, solo se seleccionó la velocidad de entrada más alta para la comparación.

Al igual que en el estudio de referencia, se evaluaron los valores de Cp en la línea central vertical para el flujo longitudinal y transversal. En el experimento, se utilizaron los datos de los sensores de las radiosondas centrales. A continuación, se ofrecen los resultados en forma comparativa. Los puntos de las curvas del estudio de referencia se leyeron con la herramienta ENGAUGE Digitizer y, por lo tanto, no se conectaron entre sí.

En primer lugar, se puede ver que las tres densidades de malla se correlacionan bien en RWIND. Por lo tanto, no se recomienda una malla más densa. Las tres simulaciones realizadas en RWIND parecen alcanzar los puntos de la prueba de referencia experimental mejor que las simulaciones en ABAQUS y ANSYS. La desviación de los otros dos solucionadores es muy grande, especialmente en la altura media del objeto de prueba.

El incremento de los valores de Cp hacia el suelo se nota en ABAQUS y ANSYS. El experimento no puede confirmarlo por la falta de sensores colocados en esa zona, pero los resultados parecen físicamente ilógicos. Sin embargo, RWIND no muestra esta anomalía. En general, RWIND parece acertar mejor en los valores de Cp del experimento, a pesar de las funciones de aproximación más simples y, por lo tanto, de un menor esfuerzo computacional.

En lo que se refiere al flujo longitudinal, se pueden sacar las mismas conclusiones para el flujo transversal. Los resultados de la comparación están más cerca de la prueba de referencia experimental que para el flujo longitudinal, pero los resultados de RWIND muestran un ajuste comparablemente bueno. Aquí, de nuevo, se puede ver una anomalía de las curvas Cp cerca del suelo.

Además de la evaluación en la línea central vertical, la comparación proporciona imágenes en falso color para el tensor del valor de Cp. Por lo tanto, es recomendable comparar la distribución de Cp en varias superficies.

Las imágenes de la prueba de referencia experimental deben verse con precaución. Debido a la distribución relativamente aproximada de los sensores de presión, la representación de las líneas de nivel es más una suposición que una medida. Es probable que el valor real de Cp sea significativamente menor en los bordes, ya que no hay sondas en esta zona crítica.

Hay que tener en cuenta que solo la mitad de los zonas de valores de color discretos están disponibles en la pantalla de resultados de RWIND como en ABAQUS y en el análisis experimental, razón por la cual son menos los colores que las zonas de valores correspondientes los que se deben comparar visualmente. Además, por razones de claridad, a continuación sólo se utiliza la simulación de ANSYS del estudio de referencia. ANSYS tiende a tener mejores resultados, sin embargo, en general los resultados son mucho más similares que, por ejemplo, ABAQUS y RWIND.

Para el flujo longitudinal de la cara frontal, se confirman los resultados de los gráficos de la línea central. La simulación de RWIND parece alcanzar los valores de Cp específicos en un área determinada mejor que ANSYS, pero la distribución es muy similar en todas las imágenes de muestra. El aumento de valores en el área del suelo en la imagen de ANSYS descrita anteriormente también se muestra aquí y no está confirmado por el experimento ni por RWIND. Nuevamente, también se nota que en todas las simulaciones el valor de Cp disminuye bruscamente hacia el borde del objeto, pero no en el experimento. La diferencia probablemente se deba a la falta de sensores en esta área. En general, la simulación del lado de la presión en RWIND es muy convincente, especialmente con respecto a los recursos relativamente bajos y al esfuerzo de modelado en comparación con otros programas.

Para el lado de succión, las tendencias del lado de presión no continúan. Si bien la distribución de nivel de los valores de Cp en RWIND se ajusta ligeramente mejor a la simulación que la simulación de ANSYS, los valores específicos son significativamente más bajos. Con la excepción del borde en el lado del flujo, la distribución de nivel en RWIND tiende a ajustarse mejor a las pruebas que en ANSYS. En ambas simulaciones CFD, los mínimos locales están en el borde frontal pero están claramente concentrados en ANSYS y distribuidos en un área determinada en RWIND. En ANSYS es de -1,2, mientras que RWIND es de nuevo considerablemente más bajo con -2,47. Aquí, ANSYS muestra claramente el comportamiento más físico. Al final del lado opuesto del flujo, esta tendencia se invierte directamente. Aquí, RWIND y ABAQUS están por debajo del valor de las pruebas. Una vez más, sin embargo, la observación es dudosa debido a la distribución de la sonda de presión. El mínimo de Cp en el área del suelo de la simulación ANSYS sigue la tendencia ya descrita. En general, RWIND parece proporcionar peores resultados que ANSYS o ABAQUS en los lados dominados por la succión. El enfoque de elementos más simple podría ser el responsable. Un análisis de flujo inestable en RWIND podría abordar, por ejemplo, las áreas de succión claramente sobrestimadas.

De hecho, los resultados en la simulación de flujo inestable de RWIND son mucho mejores. Tanto la distribución de nivel como los valores puntuales muestran una buena conformidad con las pruebas en túnel de viento. Sin embargo, una evaluación comparativa utilizando ANSYS no tendría sentido, ya que allí se encuentra disponible un modelo de flujo estacionario.

Para la parte trasera, que representa otra zona de aspiración, las diferencias son aún mayores. Mientras que ANSYS y las pruebas muestran una buena conformidad, RWIND calcula valores de Cp significativamente más bajos y los esparce, según la cantidad, por encima de las otras dos imágenes. Una vez más, un cálculo de flujo inestable proporciona resultados significativamente mejores comparables a ANSYS, pero este no fue el tema de la comparación.

El conocimiento obtenido de las comparaciones de imágenes en falso color que muestran flujos longitudinales también se aplica al flujo transversal. Las imágenes comparativas del flujo lateral se muestran a continuación, pero no se describen en detalle debido a la duplicación.

Palabras clave

Ejemplo de verificación RWIND ABAQUS ANSYS Prueba de túnel de viento

Referencia

[1]   Markus Werth: Vergleichende Studie zu Windlastmodellen im Hochbau: Numerische Strömungsberechnung vs. Druckmessungen im Windkanal

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  • Actualizado 15. febrero 2024

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