Description
Ce cas de vérification, basé sur le document de la WTG allemande : Fiche technique du Comité 3 - Simulation numérique des écoulements de vent, Chapitre 9.2 (voir références), compare les calculs de mécanique des fluides numérique (CFD) des coefficients de pression du vent avec les 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 (rapport 2:1:5). Les données de la soufflerie à couche limite de la TPU – rigoureusement validées par 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 au maillage.
Alors que l'exemple de vérification VE0311 | Comparaison des charges de vent sur un immeuble de grande hauteur issues d'essais en soufflerie et de simulation CFD utilisait la nutkWallFunction standard, cet exemple évalue la performance de l'USpaldingWallFunction, qui fournit un profil de vitesse continu sur toute la couche limite. Les paramètres clés de comparaison incluent les valeurs moyennes des coefficients de pression aux zones critiques du bâtiment (face au vent, parois latérales, zones de décollement sous le vent) pour les deux fonctions de paroi, comparées aux données expérimentales.
| Propriétés du fluide | Viscosité cinématique | ν | 1.500e-5 | m2/s |
| Masse volumique | ρ | 1.250 | kg/m3 | |
| Soufflerie | Longueur | Dx | 2720.000 | m |
| Largeur | Dy | 900.000 | m | |
| Hauteur | Dz | 720.000 | m | |
| Bâtiment | Largeur (b) | 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 de rugosité aérodynamique | z0 | 1.000 | m |
Solution analytique
Aucune solution analytique n'est disponible. L'exemple fournit une comparaison entre les résultats de la simulation CFD RWIND et les 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 turbulence est extraite de la base de données aérodynamique TPU selon le graphique suivant pour α=0.25.
Paramètres de simulation RWIND
- Modélisé dans RWIND 3.07
- Type de simulation d'écoulement transitoire
- La densité de maillage est de 20% avec des raffinements : 5 698 702 cellules
- Modèle Spalart-Allmaras DDES
- Fonction de paroi : USpaldingWallFunction (résultats comparés avec la nutkWallFunction de l'VE 000311)
- Condition aux limites d'entrée - profil de vitesse et profil d'intensité de turbulence
- Fond du tunnel - condition aux limites de non-glissement
- Parois et plafond du tunnel - condition aux limites de glissement
- Condition aux limites de sortie - pression nulle ; gradient de vitesse nul
- Un calcul pas à pas est effectué, intégrant une entrée définie par l'utilisateur de la fonction de paroi appliquée directement dans le fichier source. Le modèle utilisé est identique à celui de l'exemple de vérification 0311.
Résultats
Une comparaison graphique des coefficients de pression du vent moyens obtenus en utilisant la nutkWallFunction et l'USpaldingWallFunction dans les simulations RWIND est présentée pour les surfaces au vent, sous le vent, droite et gauche du bâtiment. Ces valeurs simulées sont évaluées par rapport aux données temporelles moyennes mesurées aux points de test de la base de données aérodynamique TPU. Dans l'ensemble, aucun écart significatif dans les données calculées n'est observé entre les deux méthodes, illustrant la sensibilité – et la stabilité – de la distribution de pression au traitement de la fonction de paroi sélectionné à travers les différentes zones du bâtiment.
Remarque : Les données expérimentales présentées dans les graphiques sont tracées sur la base des fichiers de données obtenus à partir du site web de la TPU. Cependant, les graphiques présentés sur le site web de la TPU ne correspondent aux fichiers de données que dans le cas de la surface au vent.
