Cet article compare une étude de référence menée par l'Université polytechnique de Graz en Autriche [1] à l'aide d'une simulation imitée qui a été effectuée dans RWIND.
Dans le cadre de l'étude, un parallélépipède a été analysé dans un essai en soufflerie suite à la distribution de pression. L'essai a ensuite été remanié dans ABAQUS et ANSYS, et les résultats ont été comparés.
Le flux longitudinal et transversal ont été analysés à l'aide de deux profils de flux chacun. Étant donné que les résultats des deux profils de vent sont très similaires, seule la vitesse d'entrée la plus élevée a été sélectionnée pour la comparaison.
Comme dans l'étude de référence, les valeurs de Cp ont été évaluées sur la ligne médiane verticale pour le flux longitudinal et transversal. Les données des capteurs des radiosondes centrales ont été utilisées pour l'expérience. Les résultats sont présentés ci-dessous à titre comparatif. Les points des courbes de l'étude de référence ont été lus par le numériseur ENGAUGE et n'ont donc pas été reliés entre eux.
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Tout d'abord, on peut voir que les trois densités de maillage sont bien corrélées dans RWIND. Un maillage plus dense n'est donc pas recommandé. Les trois simulations effectuées dans RWIND semblent mieux atteindre les points de référence que les simulations dans ABAQUS et ANSYS. L'écart par rapport aux deux autres solveurs est très important, en particulier à la hauteur moyenne de l'objet de test.
L'augmentation des valeurs de Cp vers le sol est perceptible dans ABAQUS et ANSYS. L'expérience ne peut pas le confirmer en raison du manque de capteurs placés dans cette zone, mais les résultats semblent physiquement illogiques. Cependant, cette anomalie n'est pas représentée par RWIND. Dans l'ensemble, RWIND semble mieux atteindre les valeurs de Cp de l'expérience, malgré des fonctions d'approche plus simples et donc moins d'effort de calcul.
Au regard du flux longitudinal, les mêmes conclusions peuvent être tirées pour le flux transversal. Les résultats de la comparaison sont plus proches de la référence expérimentale que pour le flux longitudinal, mais les résultats de RWIND montrent un ajustement comparable. Ici encore, une anomalie des courbes Cp est visible près du sol.
En plus de l'évaluation sur la ligne médiane verticale, la comparaison fournit des images en fausses couleurs pour le tenseur de la valeur Cp. Il est donc conseillé de comparer la distribution de Cp sur différentes surfaces.
Les images de la référence expérimentale doivent être considérées avec prudence. En raison de la répartition relativement grossière des capteurs de pression, la représentation des lignes de niveau est plus une hypothèse qu'une mesure. La valeur réelle de Cp est susceptible d'être considérablement plus faible sur les bords, car il n'y a pas de sondes dans cette zone critique.
Il est à noter que l'affichage des résultats de RWIND ne dispose que de moitié moins de plages de valeurs de couleur discrètes que dans ABAQUS et dans l'analyse expérimentale. De plus, pour des raisons de clarté, seule la simulation ANSYS de l'étude de référence est utilisée ci-dessous. ANSYS a tendance à avoir les meilleurs résultats, mais dans l'ensemble, les résultats sont beaucoup plus similaires que, par exemple, ABAQUS et RWIND.
Pour le flux longitudinal de la face avant, les résultats des tracés de la ligne centrale sont confirmés. La simulation RWIND semble mieux atteindre les valeurs spécifiques de Cp sur une certaine zone qu'ANSYS, mais la distribution est très similaire dans toutes les images d'échantillon.
L'augmentation des valeurs de la surface au sol dans l'image ANSYS décrite ci-dessus est également affichée ici et n'est confirmée ni par l'expérience ni par RWIND.
Il est également à noter que dans toutes les simulations, la valeur Cp diminue fortement vers le bord de l'objet, mais pas dans l'expérience. La différence est probablement due au manque de capteurs dans cette zone.
Dans l'ensemble, la simulation du côté pression dans RWIND est très convaincante, en particulier en ce qui concerne les ressources et l'effort de modélisation relativement faibles par rapport à d'autres programmes.
Pour le côté aspiration, les tendances du côté pression ne se poursuivent pas. Bien que la distribution des niveaux des valeurs de Cp dans RWIND soit légèrement plus conforme à la simulation que dans la simulation ANSYS, les valeurs spécifiques sont nettement inférieures. À l'exception du bord côté flux, la répartition des niveaux dans RWIND a tendance à mieux se conformer aux tests que dans ANSYS. Dans les deux simulations CFD, les minima locaux sont sur le front mais sont clairement concentrés dans ANSYS et répartis sur une certaine zone dans RWIND. Dans ANSYS, il est d'environ -1,2, tandis que RWIND est à nouveau considérablement inférieur à -2,47. Ici, ANSYS se focalise clairement sur le comportement physique. Du côté de la fin du flux, cette tendance est directement inversée. Ici, RWIND et ABAQUS sont inférieurs à la valeur des tests. Cependant, l'observation est encore une fois douteuse en raison de la distribution de la sonde de pression. Le Cp minimum dans la zone au sol de la simulation ANSYS suit la tendance déjà décrite.
Dans l'ensemble, RWIND semble donner de moins bons résultats qu'ANSYS ou ABAQUS sur les côtés dominés par l'aspiration. L'approche de l'élément plus simple pourrait être responsable. Une analyse du flux transitoire dans RWIND peut par exemple déterminer les surfaces d'aspiration clairement surestimées.
En fait, les résultats de la simulation du flux transitoire de RWIND sont bien meilleurs. La distribution des niveaux et les valeurs ponctuelles montrent une bonne conformité avec les essais en soufflerie. Cependant, une évaluation comparative à l'aide d'ANSYS n'aurait aucun sens, car uniquement un modèle de flux stationnaire y est disponible.
Pour la face arrière, qui représente une autre zone d'aspiration, les différences sont encore plus importantes. Alors qu'ANSYS et les tests montrent une bonne conformité, RWIND calcule des valeurs de Cp nettement inférieures et les répartit, en fonction de leur quantité, à des valeurs supérieures aux deux autres images. Ici encore, un calcul du flux transitoire fournit des résultats nettement meilleurs par rapport à ANSYS, mais ce n'était pas l'objet de la comparaison.
Les connaissances acquises grâce aux comparaisons d'images en fausses couleurs montrant des flux longitudinaux s'appliquent également au flux transversal. Les images comparatives du flux latéral sont présentées ci-dessous, mais ne sont pas décrites en détail en raison de la duplication.
