Description
Ce cas de vérification, basé sur le document du WTG allemand : Fiche technique du Comité 3 - Simulation numérique des flux de vent, Chapitre 9.2 (voir références), compare les calculs de dynamique des fluides computationnelle des coefficients de pression du vent aux données expérimentales de la base de données aérodynamique de l'université polytechnique de Tokyo (TPU) (voir références). L'analyse se concentre sur un modèle de bâtiment de grande hauteur (ratio 2:1:5). Les données du tunnel de vent en couche limite de TPU – rigoureusement validées à travers des études évaluées par des pairs et accessibles au public via leur portail d'ingénierie du vent – fournissent des mesures de référence pour évaluer la précision de la modélisation de la turbulence et les effets de sensibilité de la grille. Les paramètres de comparaison clés incluent les valeurs moyennes des coefficients de pression dans des zones critiques du bâtiment (face au vent, murs latéraux, régions de séparation sous le vent).
| Propriétés du fluide | Viscosité cinématique | ν | 1.500e-5 | m2/s |
| Densité | ρ | 1.250 | kg/m3 | |
| Tunnel de vent | Longueur | Dx | 2720.000 | m |
| Largeur | Dy | 900.000 | m | |
| Hauteur | Dz | 720.000 | m | |
| Bâtiment | Largeur | B | 80.000 | m |
| Profondeur | D | 40.000 | m | |
| Hauteur | H | 200.000 | m | |
| Paramètres de calcul | Vitesse de référence | uref | 22.000 | m/s |
| Hauteur de référence | zref | 10.000 | m | |
| Constante de von Kármán | κ | 0.410 | ||
| Constante de viscosité turbulente | Cμ | 0.090 | ||
| Longueur rugosité de surface aérodynamique | z0 | 1.000 | m |
Solution analytique
Une solution analytique n'est pas disponible. L'exemple fournit une comparaison des résultats de simulation RWIND CFD et des données expérimentales (Base de données aérodynamique TPU).
Le profil de vitesse du vent est calculé à partir de la loi de Puissance selon la formule suivante :
où l'exposant du profil α est défini comme
L'intensité de la turbulence est prise de la base de données aérodynamique TPU selon le graphique suivant pour α=0.25.
Paramètres de simulation RWIND
- Modélisé dans RWIND 3.04
- Type de simulation d'écoulement transitoire
- Densité de maillage est à 20% avec des raffinements : 5,698,702 cellules
- Modèle Spalart-Allmaras DDES
- Condition limite d'entrée - profil de vitesse et profil d'intensité de turbulence
- Fond du tunnel - condition limite d'adhérence
- Murs et plafond du tunnel - condition limite de glissement
- Condition limite de sortie - pression nulle ; gradient de vitesse nul
Résultats
La métrique de validation est calculée selon le WTG : Fiche technique du Comité 3 - Simulation numérique des flux de vent, Chapitre 5.3.2 (voir références). 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 considérée.
|
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 être aussi 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 doit être inférieure à 0.01. Depuis le tableau suivant, il est clair que la comparaison des données expérimentales de TPU et des résultats de la simulation d'écoulement dans RWIND ne satisfait pas les exigences.
| Surface | q [%] for Wrel = 10 % | q [%] for Wrel = 20 % | e2 [1] |
| Face au vent | 27.3 | 72.7 | 0.035 |
| Côté droit | 0.0 | 9.1 | 0.114 |
| Côté gauche | 27.3 | 45.5 | 0.121 |
| Sous le vent | 0.0 | 0.0 | 0.118 |
Dans les graphes suivants, les coefficients moyens de pression du vent obtenus par simulation RWIND sont comparés aux valeurs moyennes des séries temporelles aux points de test mesurés par la base de données aérodynamique TPU. Les comparaisons sont effectuées sur les surfaces du bâtiment face au vent, côté droit, côté gauche, et sous le vent.
Les graphes montrent une très bonne concordance sur la surface face au vent. Les coefficients de pression du vent sont cruciaux pour les charges sur le bâtiment, notamment sur cette surface. Dans le cas des autres surfaces, une bonne concordance entre la tendance des résultats de simulation et l'expérience est observée.
Remarque : Les données expérimentales présentées dans les graphes sont tracées sur la base des fichiers de données obtenus sur le site de TPU. Cependant, les graphiques présentés sur le site TPU correspondent aux fichiers de données uniquement dans le cas de la surface face au vent.
