Tamaño recomendado del túnel de viento compatible con el Eurocódigo (EN 1991-1-4)

Artículo técnico sobre el tema del análisis de estructuras usando Dlubal Software

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Artículo técnico

El tamaño del área de cálculo (el tamaño del túnel de viento) es un aspecto importante en una simulación de viento, el cual tiene un impacto significativo en la precisión y el coste de las simulaciones con CFD.

En los últimos años, ha aumentado el interés en el uso de la dinámica de fluidos computacional, conocida como CFD, para diseñar estructuras susceptibles al viento. Esto se debe al hecho de que los avances en la potencia de las computadoras han hecho que la solución a problemas de aerodinámica complicados sea relativamente económica. El tamaño del dominio computacional es un aspecto importante que tiene un impacto significativo en la precisión, así como en el coste de las simulaciones CFD.

Las ecuaciones de flujo fundamentales se discretizan y resuelven en un área volumétrica fuera del modelo de construcción, lo que se conoce como dominio computacional (Figura 1). Los límites de un dominio cuboide típico tienen un total de seis límites. Estos bordes, con la excepción de la parte inferior del dominio, son esencialmente no físicos; por lo tanto, sus efectos en el área de flujo son una fuente de error de simulación (en este documento denominados errores de dominio). Es importante establecer barreras no físicas lo suficientemente lejos de la estructura para minimizar los efectos importantes en los resultados. El coste computacional del modelo podría aumentar si los bordes se colocan demasiado lejos. El tamaño del dominio computacional se debe optimizar teniendo en cuenta tanto el coste computacional como la precisión de la solución [1].

Recomendaciones de mejores prácticas en ingeniería eólica computacional (CWE) [2] [3] reconoce la importancia de un dominio computacional con un tamaño apropiado para la precisión de la solución. Estas recomendaciones vinculan los errores del dominio con problemas con las pruebas en túnel de viento que son similares, como los efectos de bloqueo en dominios con áreas de sección transversal limitadas y la aceleración artificial del flujo local en dominios con espacio insuficiente entre los límites del dominio y el modelo de construcción. Por lo tanto, la distancia mínima entre los bordes del dominio y el modelo de construcción y las razones de bloqueo máximas, o una combinación de las dos, se usa para especificar los requisitos de tamaño [3].

Aquí hay un ejemplo de la forma del cilindro del Eurocódigo [4] en el que se consideran dos dimensiones de dominio computacional diferentes. El primer caso (Figura 2) es la configuración predeterminada de RWIND, que es un cálculo menos preciso pero más rápido, y el segundo es el tamaño del túnel de viento recomendado (Figura 3) que es más preciso pero también tiene un coste computacional. Por ejemplo, para el tamaño del túnel de viento predeterminado, se necesitan 23 minutos para completar la simulación CFD, mientras que para el tamaño del túnel de viento recomendado, se requieren 42 minutos para finalizar la simulación (aproximadamente un 80% de aumento del coste computacional). Además, es importante tener en cuenta que la simulación fue realizada por la CPU: Intel(R) Xeon(R) Gold 6248R CPU @ 3.00GHz128 GB RAM para 1000 iteraciones.

El diagrama del coeficiente de presión del viento (Cp) (figura 4) muestra que el tamaño del dominio computacional puede desempeñar un papel importante en el nivel de precisión de los resultados, especialmente para el área de presión positiva. El tamaño esquemático del túnel de viento recomendado en aerodinámica se muestra en la figura 6 [5]. El punto crítico es prestar atención a los valores del campo de presión cerca de la entrada de la velocidad; deberían estar óptimamente cerca de cero (Figura 5).

Autor

Mahyar Kazemian, M.Sc.

Mahyar Kazemian, M.Sc.

Ingeniería de producto y marketing

El Sr. Kazemian es responsable del desarrollo de productos y la comercialización del software Dlubal, en particular del programa RWIND 2.

Referencia

[1]   Abu-Zidan, Y., P. Mendis, and T. Gunawardena, Optimising the computational domain size in CFD simulations of tall buildings. Heliyon, 2021. 7(4): p. e06723.
[2]   Franke, J., et al. Best practice guideline for the CFD simulation of flows in the urban environmental summary. in 11th Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes, Cambridge, UK, July 2007. 2007. Cambridge Environmental Research Consultants.
[3]   Blocken, B., Computational Fluid Dynamics for urban physics: Importance, scales, possibilities, limitations and ten tips and tricks towards accurate and reliable simulations. Building and Environment, 2015. 91: p. 219-245.
[4]   EN 1991-1-4 (2005) (English): Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-4: General actions - Wind actions [Authority: The European Union Per Regulation 305/2011, Directive 98/34/EC, Directive 2004/18/EC]
[5]   Zhang, C., et al., Wind pressure coefficients for buildings with air curtains. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2020. 205: p. 104265.

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  • Actualizado 31. mayo 2023

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