Taille de soufflerie recommandée compatible avec l'Eurocode (EN 1991-1-4)

Article technique sur le calcul de structure et l'utilisation des logiciels Dlubal

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Article technique

La taille du domaine de calcul (taille de la soufflerie) est un aspect important de la simulation des flux de vent qui a un impact significatif sur la précision ainsi que sur le coût des simulations CFD.

Ces dernières années, l'utilisation de la mécanique des fluides numérique, connue sous le nom de CFD, a suscité un intérêt croissant pour le calcul de structures sensibles au vent. Cela est dû au fait que les progrès de la puissance des ordinateurs ont rendu la solution à des problèmes de flux complexes relativement peu coûteuse. La taille du domaine de calcul est un aspect important qui a un impact significatif sur la précision ainsi que sur le coût des simulations CFD.

Les équations fondamentales de flux sont discrétisées et résolues dans une zone volumétrique à l'extérieur du modèle de bâtiment, appelée domaine de calcul (Figure 1). Les limites d'un domaine cuboïde typique ont un total de six frontières. Ces dernières, à l'exception du bas du domaine, sont essentiellement non physiques. Par conséquent, leurs effets sur l'aire d'écoulement sont une source d'erreurs de simulation (appelées ici erreurs de domaine). Il est important de placer les barrières non physiques suffisamment loin de la structure pour minimiser les effets majeurs sur les résultats. Le coût de calcul du modèle peut augmenter si les bords sont positionnés trop loin. La taille du domaine de calcul doit être optimisée en tenant compte du coût de calcul et de la précision de la solution [1].

Les recommandations de bonnes pratiques [2] [3] en ingénierie éolienne numérique reconnaissent l'importance d'un domaine de calcul avec une taille appropriée pour la précision de la solution. Ces recommandations établissent un lien entre les erreurs de domaine et les problèmes similaires rencontrés lors des essais en soufflerie, tels que les effets de blocage dans les domaines à section limitée et l'accélération artificielle de l'écoulement local dans les domaines où l'espace entre les limites du domaine et le modèle de bâtiment est insuffisant. Par conséquent, la distance minimale entre les bords du domaine et le modèle de bâtiment et les taux de blocage maximaux, ou une combinaison des deux, sont utilisés pour spécifier les dimensions requises [3].

Voici un exemple de forme de cylindre de l'Eurocode [4] dans lequel deux dimensions de domaine de calcul différentes sont considérées. Le premier cas (Figure 2) est le réglage par défaut de RWIND, qui est un calcul moins précis mais plus rapide, et le second est la taille de soufflerie recommandée (Figure 3) qui est plus précise mais a également un coût de calcul plus élevé. Par exemple, pour la taille de soufflerie par défaut, 23 minutes sont nécessaires pour terminer la simulation CFD, tandis que pour la taille de soufflerie recommandée, 42 minutes sont nécessaires pour terminer la simulation (environ 80 % d'augmentation du coût de calcul). Il est également important de noter que la simulation a été effectuée par CPU : Intel(R) Xeon(R) Gold 6248R CPU @ 3.00GHz et 128 GB RAM pour 1 000 itérations.

Le diagramme du coefficient de pression du vent (Cp) (Figure 4) montre que la taille du domaine de calcul peut jouer un rôle important dans le niveau de précision des résultats, en particulier pour la zone de pression positive. La taille schématique recommandée pour la soufflerie en aérodynamique est illustrée dans la Figure 6 [5]. Le point critique est de prêter attention aux valeurs du champ de pression près de l'entrée de vitesse : ils doivent être idéalement proches de zéro (Figure 5).

Auteur

Mahyar Kazemian, M.Sc.

Mahyar Kazemian, M.Sc.

Marketing et ingénierie de produit

M. Kazemian est responsable du développement de produits et du marketing de Dlubal Software, en particulier pour le logiciel RWIND 2.

Littérature

[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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  • Mis à jour 13 avril 2023

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