Données de mesure pour plusieurs structures (exemple 9.4 WTG)

User Story

L'exemple suivant décrit des expériences menées dans la soufflerie de l'Environmental Wind Tunnel Laboratory (EWTL) de l'Université de Hambourg [1] comme un cas de validation dans la partie 9.4 du WTG-Merkblatt M3. Nous allons utiliser les champs de vitesse mesurés et les données de rugosité du modèle Michel City (Cas BL3-3) pour valider les simulations numériques CFD dans des structures urbaines complexes. L'exemple peut appartenir au Groupe 2, selon Figure 2.2 dans le WTG-Merkblatt-M3, basé sur l'examen de la valeur moyenne de la vitesse du vent :

• G2: Valeurs absolues avec exigences de précision moyenne: Le domaine d'application peut inclure des paramètres ou des études préliminaires lorsque des examens ultérieurs avec une précision plus élevée sont prévus (par exemple, examen en soufflerie de classe G3).
• R2: Solitaire: toutes les directions de 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 crête est suffisante.
• S1: Effets statiques: Ils sont suffisants pour représenter le modèle structurel avec le détail mécanique nécessaire, mais sans propriétés de masse et d'amortissement.

1 Éléments de rugosité du modèle de la soufflerie « Michel City » pour la simulation des flux proches du sol

2 Éléments de rugosité en soufflerie pour la représentation de la surface urbaine (Exemple WTG 9.4)

Description

L'étude se concentre sur un modèle de ville idéalisé mais géométriquement détaillé, placé dans un écoulement de couche limite atmosphérique. Les mesures en soufflerie ont été effectuées dans l'installation WOTAN, avec une section d'essai de 18 m de long, 4 m de large et 2,75-3,25 m de haut. Le champ de rugosité correspondant était caractérisé par une longueur de rugosité de z₀=1,53 m et un exposant de profil α=0,27 représentant des conditions de terrain "très rugueux". Un total de 1 838 points de mesure ont été enregistrés pour plusieurs configurations de toit. Les composantes horizontales de la vitesse u et v dépendantes du temps, y compris les valeurs moyennes, les variances, les corrélations et les spectres, ont été obtenues avec un Anémomètre Laser-Doppler 2D (LDA) à 500-600 Hz. Les points de mesure ont été distribués en profils verticaux et horizontaux, dans les canyons de rue et à des emplacements de répétabilité définis. Le jeu de données Michel City sert de cas de validation de référence (C5) selon la directive VDI 3783 Partie 9 [2]. Pour la validation, en plus du taux de réussite, une déviation relative D=0,25 et une déviation absolue W=0,08 sont appliquées pour tenir compte de la répétabilité et de l'incertitude de mesure. Ce jeu de données a été vérifié et adopté par plusieurs institutions (par exemple, KalWin [3]) à des fins de validation CFD et de comparaison de modèles.

3 Configuration du modèle RWIND « Michel City » sur les éléments de rugosité urbaine pour la simulation CFD en soufflerie

Exigence de Précision du WTG-Merkblatt M3

Le WTG-Merkblatt M3 propose deux méthodes clés pour valider les résultats des simulations. La méthode du Taux de Réussite évalue combien des valeurs simulées P_i correspondent correctement aux valeurs de référence O_i dans une tolérance définie, en utilisant une approche de classification binaire (réussite 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 Erreur Quadratique Moyenne Normalisée (e²) offre une évaluation de précision plus détaillée en quantifiant la déviation quadratique moyenne entre les valeurs simulées et de référence, normalisée pour tenir compte des différences d'échelle. Ensemble, ces méthodes fournissent des mesures à la fois qualitatives et quantitatives pour la validation des simulations.

• Validation des résultats de simulation à l’aide de la méthode du taux de réussite définie dans la WTG-Merkblatt M3

• Évaluation de la précision des résultats à l'aide de l'erreur quadratique moyenne normalisée définie dans la WTG-Merkblatt M3

Résultats et Discussion

[1] Directive VDI 3783 Partie 9: Météorologie Environnementale - Modèles prédictifs de vent microscale - Évaluation pour l'écoulement autour des bâtiments et des obstacles, 2017

[2] KalWin, "Validation de la prédiction du champ d'écoulement dans un environnement urbain réaliste mais idéalisé avec OpenFOAM", Rapport KalWin Engineering GbR, 2022, http://www.kalwin-engineering.com/wp-content/uploads/2022/10/KalWin-Report-ValidationOkt2022.pdf