Los ejemplos de validación de simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) utilizando un estudio experimental (imagen 1) son un paso crucial para verificar la precisión de los modelos de simulación. Este proceso implica una comparación detallada entre los resultados obtenidos de las simulaciones de CFD y los derivados de los experimentos del mundo real. Garantiza que las simulaciones se puedan usar de manera confiable para predecir la simulación aerodinámica en varias aplicaciones, desde el diseño de ingeniería hasta el análisis ambiental. La validación de los modelos de CFD frente a los datos experimentales ayuda a identificar las discrepancias, lo que permite ajustes en los parámetros del modelo, modelos de turbulencia o métodos numéricos. En última instancia, este proceso iterativo genera confianza en las capacidades predictivas de la simulación y garantiza que el modelo de CFD pueda reflejar los fenómenos del mundo real.
En el ejemplo actual, que es una colaboración entre Dlubal Software y RWTH-Universidad de Aquisgrán, describimos los pasos clave para implementar la simulación de CFD en RWIND utilizando datos experimentales. Agradecemos enormemente al Prof. Frank Kemper y Dipl.-Ing. Mirko Friehe de la Universidad de Aquisgrán por proporcionar los datos experimentales del túnel de viento y su inestimable apoyo a lo largo de este proyecto. La imagen 1 y la imagen 2 muestran el modelo experimental, representado como un edificio rectangular en 3D en el túnel de viento. En el modelo principal, se incluyen sensores para medir parámetros clave, como los valores de la presión del viento y el coeficiente de presión del viento. Los pequeños bloques que rodean el modelo simulan la rugosidad del terreno para reflejar con precisión las condiciones del entorno. Producir un ejemplo de validación para una simulación de CFD (Dinámica de fluidos computacional) en RWIND utilizando datos experimentales de la Universidad de Aquisgrán implica un proceso sistemático. Aquí hay una guía paso a paso: === Paso 1: Definición de los objetivos de la validación === * '''Propósito''' : En esta parte, establecemos por qué estamos realizando esta validación. Los objetivos comunes son verificar la precisión de los resultados de RWIND en comparación con los datos experimentales físicos. * '''Alcance''' : Los resultados previstos para las validaciones incluyen valores de presión del viento en sensores definidos y fuerzas básicas según varias direcciones del viento. === Paso 2: recopilar datos experimentales de la prueba del túnel de viento === * '''Adquisición de datos''' : Recopile todos los datos experimentales necesarios, como la velocidad del viento, las direcciones del viento, las mediciones de presión y cualquier condición de contorno relevante. * '''Formato de datos''' : Asegúrese de que los datos estén en un formato que RWIND pueda procesar, como archivos de texto u hojas de cálculo, y confirme que se alinean con las unidades y la escala requeridas por RWIND. Aquí hay un enlace de preguntas frecuentes sobre cómo introducir datos experimentales en RWIND: * '''Control de calidad''' : Revise los datos para comprobar que estén completos y precisos. Asegúrese de que los datos cubran el intervalo de condiciones que planea simular. === Paso 3: Configuración del modelo en RWIND === * '''Importación de geometría''' : Cree o importe la geometría de la estructura que se está estudiando (por ejemplo, un edificio o un puente). Esto se puede modelar directamente en RWIND o importar desde RFEM o el programa CAD (Imagen 3). * '''Condiciones de contorno''' : Aplique las mismas condiciones de contorno que las utilizadas en la configuración experimental. Esto incluye especificar la velocidad del viento, la intensidad de la turbulencia y otros factores requeridos (Imagen 4). * '''Mallado''' : Genere una malla computacional adecuada para su estudio (Imagen 5). Este paso implica discretizar la geometría en elementos más pequeños que RWIND usa para los cálculos. Asegúrese de que la malla sea lo suficientemente fina en áreas con gradientes altos (como alrededor de bordes o superficies con flujo turbulento esperado). Repita el cálculo aumentando la densidad de la malla siempre que los resultados sean casi iguales. === Paso 4: Ejecución de la simulación === * '''Prueba de funcionamiento inicial''' : Comience con una ejecución de prueba para identificar cualquier problema con la configuración. Compruebe la calidad de la malla, las condiciones de contorno y cualquier problema de convergencia. * '''Simulación completa''' : Una vez que la prueba se haya realizado con éxito, continúe con la simulación completa. Supervise la simulación para la convergencia y la estabilidad, realizando ajustes si es necesario. === Paso 5: resultados del posprocesamiento === * '''Extracción de datos''' : Exporte los resultados de la simulación, incluida la fuerza del viento resultante, las distribuciones de presión para los puntos de medición definidos de RWIND para compararlos con los datos experimentales. * '''Visualización''' : Utilice las herramientas de procesamiento posterior de RWIND para visualizar los patrones de flujo y las distribuciones de presión. Cree diagramas, gráficos o visualizaciones en 3D para interpretar mejor los resultados. === Paso 6: Compare los resultados con los datos experimentales === * '''Alineación de datos''' : Asegúrese de que la simulación y los datos experimentales estén alineados en términos de ubicaciones espaciales, unidades y escalas. * '''Análisis estadístico''' : Realice una comparación estadística entre la simulación y los datos experimentales. Calcule las métricas de desviación, como los coeficientes de correlación, para cuantificar la precisión. Aquí están las fuerzas base resultantes según varias direcciones del viento, analizadas en RWIND y comparadas con un estudio experimental (Imagen 6). El modelo de turbulencia k-épsilon se utilizó para los cálculos de la fuerza básica, considerando tanto los niveles bajos como los altos de intensidad de la turbulencia. Los resultados con mayor intensidad de turbulencia mostraron una alineación más cercana con el estudio experimental, con una desviación de aproximadamente el 6%. El segundo parámetro son los valores de la presión del viento calculados en los puntos de medición tanto en el estudio numérico como en el experimental (Imagen 7). En RWIND, se utilizaron los modelos estándar k-epsilon y k-omega SST para comparar estos valores de presión del viento con los resultados experimentales. El análisis estadístico indica que el modelo k-omega SST proporciona una tendencia más cercana a los resultados experimentales según el coeficiente de correlación (R = 0.98) y el coeficiente de determinación (R2 = 0.96) en la Imagen 8. === Paso 8: Documentación e informes === Documente todo el proceso de validación, incluida la configuración, los parámetros de simulación, la metodología de comparación y los resultados. Resalte cualquier desviación de los datos experimentales y las posibles razones. Proporcione información sobre la precisión del modelo de CFD' y sugiera mejoras o más pasos de validación si es necesario.
