Cas d'utilisation
Dans cet exemple, nous allons calculer les pressions locales, les pressions moyennes et les études paramétriques pour la conception préliminaire avec des méthodes plus précises, telles que l'URANS transitoire.
Cet exemple appartient au Groupe 2, conformément à la Figure 2.2 du WTG-Merkblatt-M3 :
- G2 : Valeurs absolues avec des exigences de précision moyennes. Le domaine d'application peut inclure des études paramétriques ou préliminaires lorsque des investigations ultérieures avec une précision plus élevée sont prévues (par exemple, un examen en soufflerie de classe G3).
- R2 : Solitaire, toutes les directions du vent pertinentes avec une résolution directionnelle suffisamment fine.
- Z2 : Valeurs moyennes statistiques et écarts-types, à condition qu'ils impliquent des processus d'écoulement stationnaires, pour lesquels une vérification statistique des fluctuations avec un facteur de pointe est suffisante.
- S1 : Effets statiques. Ils sont suffisants pour représenter le modèle de calcul de structure avec le détail mécanique nécessaire, mais sans les propriétés de masse et d'amortissement.
Les dimensions de l'exemple sont présentées à la Figure 1, et l'hypothèse de saisie est illustrée dans le Tableau 1 :
Tableau 1 : Données de saisie de l'exemple 3D du cube
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Vitesse de base du vent | V | 10,13 | m/s |
| Hauteur du toit | h | 6 | m |
| Dimension horizontale | α | 6 | m |
| Angle du toit | θtoit | 0 | Degré |
| Masse volumique de l'air – RWIND | ρ | 1,25 | kg/m³ |
| Directions du vent | θvent | 0 | Degré |
| Modèle de turbulence – RWIND | RANS & URANS | - | - |
| Viscosité cinématique (Équation 7:15, EN 1991-1-4) – RWIND | ν | 1,5×10⁻⁵ | m²/s |
| Ordre du schéma – RWIND | Premier et Second | - | - |
| Valeur cible du résidu – RWIND | 10⁻⁴ | - | - |
| Type de résidu – RWIND | Pression | - | - |
| Nombre minimum d'itérations – RWIND | 800 | - | - |
| Couche limite – RWIND | NL | 10 | - |
| Type de fonction mur – RWIND | Standard | - | - |
Analyse de sensibilité
Pour l'exemple actuel, l'analyse de sensibilité est présentée conformément à la Figure 2. Les résultats des forces de traînée totales sont étudiés pour quatre nombres de mailles différents. L'indépendance du maillage est obtenue à 1,6 million de cellules (Maillage n°4).
Le WTG-Merkblatt M3 fournit deux méthodes clés pour valider les résultats de simulation. La méthode du Taux de réussite évalue combien de valeurs simulées Pi correspondent correctement aux valeurs de référence Oi dans une tolérance définie, en utilisant une approche de classification binaire (succès ou échec). Cette approche évalue la fiabilité de la simulation en calculant un taux de réussite q, similaire aux fonctions de confiance utilisées en théorie de la fiabilité. En revanche, la méthode de l'Erreur quadratique moyenne normalisée (e2) offre une évaluation de la précision plus détaillée en quantifiant l'écart quadratique moyen entre les valeurs simulées et les valeurs de référence, normalisé pour tenir compte des différences d'échelle. Ensemble, ces méthodes fournissent des mesures à la fois qualitatives et quantitatives pour la validation des simulations.
Résultats
Le diagramme de la Figure 3 présente la distribution des coefficients de pression (Cp) moyens et de pointe le long d'une position spécifiée sur une structure, en comparant les résultats expérimentaux avec les simulations numériques utilisant divers modèles de calcul. Les données expérimentales incluent les mesures de l'étude sur site Silsoe F-S et les essais en soufflerie (WT), tandis que les simulations sont réalisées à l'aide des modèles RWIND RANS et RWIND URANS. Le modèle URANS est ensuite divisé en valeurs moyennes et de pointe pour analyser de manière exhaustive le comportement de la pression aérodynamique.
La comparaison de la Figure 4 vise à évaluer la précision des modèles de simulation RWIND dans la reproduction des résultats expérimentaux. Des métriques statistiques clés, telles que le coefficient de corrélation (R) et le coefficient de détermination (R²), sont présentées pour quantifier la concordance entre les données simulées et expérimentales, offrant un aperçu de la fiabilité de ces modèles pour l'analyse aérodynamique. La ligne de référence diagonale représente une correspondance parfaite entre les résultats de simulation et expérimentaux, et la proximité des points de données par rapport à cette ligne reflète la précision de chaque modèle. La différence entre RWIND et l'Eurocode est d'environ Wrel,RANS = 11,54 % et Wrel,URANS = 21,46 % ; alors le taux de réussite peut être obtenu comme qRANS=59 % et qURANS,10%=30% et qURANS,20%=63%. L'erreur quadratique moyenne normalisée est calculée respectivement : e2RANS=0,02 et e2URANS=0,04.
Le modèle est disponible en téléchargement gratuit ici :
