Cas d'utilisation
Dans cet exemple, nous allons calculer des pressions locales, des pressions moyennes et des études paramétriques pour la conception préliminaire avec des méthodes plus précises, telles que l'URANS transitoire.
Cet exemple appartient au Groupe 2, selon la Figure 2.2 du WTG-Merkblatt-M3 :
- G2 : Valeurs absolues avec des exigences de précision moyennes. Le domaine d'application peut inclure des études paramétriques ou préliminaires lorsque des investigations ultérieures avec une précision plus élevée sont prévues (par ex., examen en soufflerie de classe G3).
- R2 : Solitaire, toutes les directions de vent pertinentes avec une résolution directionnelle suffisamment fine.
- Z2 : 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 pointe est suffisante.
- S1 : Effets statiques. Ils sont suffisants pour représenter le modèle structural avec le détail mécanique nécessaire, mais sans les propriétés de masse et d'amortissement.
Les dimensions de l'exemple sont illustrées à la Figure 1, et l'hypothèse d'entrée est présentée dans le Tableau 1 :
Tableau 1 : Données d'entrée de l'exemple du cube 3D
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Vitesse de base du vent | V | 10.13 | m/s |
| Hauteur du toit | h | 6 | m |
| Dimension horizontale | α | 6 | m |
| Angle du toit | θtoit | 0 | Degré |
| Densité de l'air – RWIND | ρ | 1.25 | kg/m³ |
| Directions du vent | θvent | 0 | Degré |
| Modèle de turbulence – RWIND | RANS & URANS | - | - |
| Viscosité cinématique (Équation 7:15, EN 1991-1-4) – RWIND | ν | 1.5×10⁻⁵ | m²/s |
| Ordre du schéma – RWIND | Premier et Second | - | - |
| Valeur cible du résidu – RWIND | 10⁻⁴ | - | - |
| Type de résidu – RWIND | Pression | - | - |
| Nombre minimum d'itérations – RWIND | 800 | - | - |
| Couche limite – RWIND | NL | 10 | - |
| Type de fonction de paroi – RWIND | Standard | - | - |
Analyse de sensibilité
Pour l'exemple actuel, l'analyse de sensibilité est présentée selon la Figure 2. Les résultats des forces de traînée totales sont étudiés pour quatre nombres de mailles différents. L'indépendance du maillage est obtenue à 1,6 million de cellules (Maillage #4).
Le WTG-Merkblatt M3 fournit deux méthodes clés pour valider les résultats de simulation. La méthode du Taux de réussite évalue combien de valeurs simulées Pi correspondent correctement aux valeurs de référence Oi dans une tolérance définie, en utilisant une approche de classification binaire (succès 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 de l'Erreur quadratique moyenne normalisée (e2) offre une évaluation de précision plus détaillée en quantifiant l'écart quadratique moyen entre les valeurs simulées et de référence, normalisé pour tenir compte des différences d'échelle. Ensemble, ces méthodes fournissent à la fois des mesures qualitatives et quantitatives pour la validation de la simulation.
Résultats
Le diagramme de la Figure 3 présente la distribution des coefficients de pression (Cp) moyens et de pointe le long d'une position spécifiée sur une structure, en comparant les résultats expérimentaux avec les simulations numériques utilisant divers modèles de calcul. Les données expérimentales incluent des mesures de l'étude de terrain Silsoe F-S et des essais en soufflerie (WT), tandis que les simulations sont réalisées à l'aide des modèles RWIND RANS et RWIND URANS. Le modèle URANS est ensuite divisé en valeurs moyennes et de pointe pour analyser de manière exhaustive le comportement de la pression aérodynamique.
La comparaison de la Figure 4 vise à évaluer la précision des modèles de simulation RWIND pour reproduire les résultats expérimentaux. Des métriques statistiques clés, telles que le coefficient de corrélation (R) et le coefficient de détermination (R²), sont présentées pour quantifier l'accord entre les données simulées et expérimentales, offrant un aperçu de la fiabilité de ces modèles pour l'analyse aérodynamique. La ligne de référence diagonale représente une correspondance parfaite entre les résultats de simulation et expérimentaux, et la proximité des points de données par rapport à cette ligne reflète la précision de chaque modèle. La différence entre RWIND et l'Eurocode est d'environ Wrel,RANS = 11.54% et Wrel,URANS = 21.46% ; le taux de réussite peut alors être obtenu comme qRANS=59% et qURANS,10%=30% et qURANS,20%=63%. L'erreur quadratique moyenne normalisée est calculée respectivement : e2RANS=0.02 et e2URANS=0.04.
Le modèle est disponible en téléchargement gratuit ici :
