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 se resuelven en un área volumétrica fuera del modelo de construcción, que se conoce como el dominio computacional (Imagen 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. The first case (Image 2) is the default setting of RWIND, which is a less accurate but faster calculation, and the second is the recommended wind tunnel size (Image 3) which is more accurate but also has a more computational cost. 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 @ 3.00GHz y 128 GB RAM para 1000 iteraciones.
The wind pressure coefficient (Cp) diagram (Image 4) shows that the size of the computational domain can play an important role in the level of accuracy of the results, especially for the positive pressure area. The schematic recommended wind tunnel size in aerodynamics is shown in Image 6 [5]. The critical point is to pay attention to the values of the pressure field near the velocity inlet; they should be optimally close to zero (Image 5).
