Description
Les normes existantes telles que l'EN 1991-1-4 [1], ASCE/SEI 7-16, et NBC 2015, fournissent des paramètres de charges de vent, y compris le coefficient de pression du vent (Cp), pour les formes structurelles de base. Cependant, un défi majeur réside dans la détermination de ces paramètres de manière plus efficace et précise, plutôt que de s'appuyer sur des approches basées sur des formules complexes et souvent longues trouvées dans les normes.
L'un des aspects clés de la simulation CFD est le choix de configurations précises et compatibles telles que le modèle de turbulence, le profil de vitesse du vent, l'intensité de la turbulence, les conditions de la couche limite et l'ordre de discrétisation. Ces détails numériques ne sont toutefois pas spécifiquement précisés dans l'EN 1991-1-4.
Dans l'exemple de validation actuel impliquant une structure cylindrique, nous proposons un ensemble de paramètres CFD recommandés qui sont cohérents avec le cadre de l'Eurocode. Comme décrit dans l'EN 1991-1-4, la détermination des valeurs de Cp est basée sur des formules complexes qui varient avec le nombre de Reynolds, mais qui peuvent être simplifiées grâce à des approches CFD bien calibrées.
Solution Analytique
Les dimensions du cylindre, comme le montre la Figure 1, sont conçues pour atteindre un nombre de Reynolds de Re= 2*106 selon l'Équation 7.15 de l'EN 1991-1-4. Dans cette équation, b représente le diamètre du cylindre, ν est la viscosité cinématique de l'air (ν=15*10-6 m2/s), et v(ze) désigne la vitesse maximale du vent à la hauteur de référence ze:
Les hypothèses et les paramètres CFD recommandés, résumés dans le Tableau 1, montrent un meilleur accord avec les valeurs des coefficients de pression Cp et de force fournies dans l'exemple de l'Eurocode :
| Vitesse du Vent | V | 30 | m/s |
| Nombre de Reynolds (Équation 7.15, EN 1991-1-4) | Re | 2*106 | - |
| Hauteur | L | 1 | m |
| Diamètre | D | 1 | m |
| Position de la Pression Minimale/Séparation du Flux (Tableau 7.12, EN 1991-1-4) | αmin/αA | 80/120 | Degré |
| Valeur du Coefficient de Pression Minimale (Tableau 7.12, EN 1991-1-4) | Cp0,min | -1.9 | - |
| Coefficient de Pression de Base (Tableau 7.12, EN 1991-1-4) | Cp0,h | -0.7 | - |
| Ratio de Solidité (Équation 7.28, EN 1991-1-4) | φ | 1 | - |
| Élancement Effectif (Tableau 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 1 | - |
| Facteur d'Effet de Bord (Figure 7.36 - Équation 7.17, EN 1991-1-4) | ψλ - ψλa | 0.6-(0.6-1) | - |
| Coefficient de Force (Figure 7.28, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 0.55 | - |
| Densité de l'Air | ρ | 1.25 | kg/m3 |
| Modèle de Turbulence | RANS k-ω SST Stable | - | - |
| Viscosité Cinématique (Équation 7.15, EN 1991-1-4) | ν | 1.5*10-5 | m2/s |
| Ordre du Schéma | Second | - | - |
| Valeur Cible des Résidus | 10-5 | - | - |
| Type de Résidus | Pression | - | - |
| Nombre Minimum d'Itérations | 800 | - | - |
| Couche Limite | NL | 10 | - |
| Type de Fonction de Paroi | Améliorée / Mélangée | - | - |
| Intensité de la Turbulence (Meilleur Ajustement) | I | 7.5%-15% | - |
Résultats
Enfin, le contour de Cp pour une intensité de turbulence de 7,5% est montré dans la Figure 2, et le diagramme correspondant pour diverses intensités de turbulence est présenté dans la Figure 3. Parmi les cas testés, une intensité de turbulence de I=7,5% démontre le meilleur accord dans la prédiction du coefficient de pression du vent moyen.
Cependant, en considérant un autre paramètre clé, le coefficient de force Cf,0 (comme indiqué dans le Tableau 2 et référencé dans la Figure 7.28 de l'EN 1991-1-4), une intensité de turbulence de 15% donne des résultats plus cohérents avec l'exemple de l'Eurocode.
| Intensité de Turbulence (%) | Fd (N) | ρ (kg/m3) | u (m/s) | A (m2) | Cf,0 |
| 1.00 | 253 | 1.25 | 30 | 1 | 0.45 |
| 5.00 | 226 | 1.25 | 30 | 1 | 0.40 |
| 7.50 | 253 | 1.25 | 30 | 1 | 0.46 |
| 10.00 | 257 | 1.25 | 30 | 1 | 0.46 |
| 15.00 | 303 | 1.25 | 30 | 1 | 0.54 |
| 20.00 | 328 | 1.25 | 30 | 1 | 0.58 |
| 25.00 | 361 | 1.25 | 30 | 1 | 0.64 |
| Eurocode | - | - | - | - | 0.55 |
De plus, le modèle de cylindre avec les paramètres CFD recommandés est disponible pour téléchargement ici:
