Description
Cet exemple est basé sur le test de la couche limite atmosphérique (ABL) du document du WTG allemand : Fiche technique du Comité 3 - Simulation numérique des flux de vent, Chapitre 9.1 (voir références). Avant chaque simulation numérique, il convient de vérifier si la couche limite atmosphérique définie à l’entrée atteint la structure en testant son développement dans une soufflerie vide.
Cela affecte non seulement la distribution des vitesses, mais aussi les quantités turbulentes. Le test doit être effectué pour les calculs des flux stationnaires (RANS) et transitoires (URANS, LES). Dans l’article suivant, le développement d’un champ de vitesses, d’un champ d’énergie cinétique turbulente, et d’un champ de taux de dissipation turbulente est montré pour les quatre catégories de terrain I à IV définies dans l’EN 1991-1-4. Une turbulence anisotrope verticale selon le chapitre 6.3.1 et le modèle de turbulence RANS k-ω SST est utilisé.
| Propriétés du fluide | Viscosité cinématique | ν | 1,500e-5 | m2/s |
| Densité | ρ | 1.250 | kg/m3 | |
| Soufflerie | Longueur | Dx | 800.000 | m |
| Largeur | Dy | 80.000 | m | |
| Hauteur | Dz | 300.000 | m | |
| Paramètres de calcul | Vitesse de référence | uref | 20.000 | m/s |
| Hauteur de référence | zref | 10.000 | m | |
| Constante de von Kármán | κ | 0.410 | ||
| Constante de viscosité turbulente | Cμ | 0.090 |
Solution analytique
Une solution analytique n’est pas disponible. L’exemple fournit un aperçu du développement du champ quantitatif choisi dans une soufflerie vide.
Le profil de vitesse du vent est calculé à partir de l’équation suivante :
où u* est la vitesse de friction, définie comme suit :
Le profil de turbulence k est défini selon l’équation suivante :
Le profil de turbulence ω est défini selon l’équation suivante :
Paramètres de simulation RWIND
- Modélisé dans RWIND 3.03.0220
- Type de simulation de flux stationnaire
- Densité de maillage de 28 % : 2 482 465 cellules
- Nombre de couches limites de la soufflerie : 10
- La hauteur de la première cellule en bas est de 0,046 m
- y+ varie de 800 à 1 000
- Modèle de turbulence RANS k-ω SST
- Condition aux limite d’entrée - ABL v, k, ω gradient de pression nul
- Bas de la soufflerie - condition aux limite sans glissement
- Parois et haut de la soufflerie - condition aux limites de glissement
- Condition aux limites de sortie - pression nulle ; gradient de vitesse nul
Résultats
La métrique de validation est calculée selon WTG : Fiche technique du Comité 3 - Simulation numérique des flux de vent, Chapitre 5.3.2 (voir références). Tout d’abord, la valeur du paramètre de taux de réussite q pour la valeur moyenne du coefficient de pression est calculée. La déviation relative Wrel est prise en compte.
|
N |
Total number of data points |
|
ni |
Indicator function (1 if prediction is “correct”, 0 otherwise) |
|
Pi |
Predicted value |
|
Oi |
Reference value |
|
Wrel |
Allowed relative deviation |
Alternativement, l’erreur quadratique moyenne relative e2 peut également être calculée selon la formule suivante.
Les valeurs souhaitées du paramètre de taux de réussite q sont supérieures à 90 % et l’erreur quadratique moyenne relative devrait être inférieure à 0,01. À partir du tableau suivant, il est clair que la comparaison de la vitesse d’entrée et de la vitesse dans la soufflerie (x = 0 m) répond aux exigences.
| Catégorie de terrain | q [%] pour Wrel = 10% | e2 [1] |
| TC I | 93.2 | 0.0007 |
| TC II | 93.2 | 0.0001 |
| TC III | 97.7 | 0.00001 |
| TC IV | 100.0 | 0.00001 |
Les graphiques suivants présentent le développement de la vitesse, de l’énergie cinétique turbulente, et du taux de dissipation spécifique dans une soufflerie vide.
Catégorie de terrain I
Catégorie de terrain II
Catégorie de terrain III
Catégorie de terrain IV
