Questo articolo descrive la modellazione di una scia di vortici di von Karman in RWIND.
Per alcuni intervalli del numero di Reynolds, una scia di vortici si forma dietro a oggetti stretti ma alti. Soprattutto nelle aree con molti grattacieli e la tendenza verso grattacieli stretti, questi vortici possono avere un impatto sui carichi del vento degli edifici circostanti. Quanto segue mostra la formazione di vortici in funzione del numero di Reynolds secondo [1].
La famosa scia di vortici si sviluppa su una base del numero di Reynolds di circa 100. Quando il numero aumenta, il flusso diventa turbolento. Finora, risultati soddisfacenti sono stati raggiunti solo in un intervallo di numeri di Reynolds troppo alto. Trova un esempio in cui Re = 10e7 di seguito.
Quindi, la velocità di ingresso doveva essere impostata molto più alta di quella calcolata per attivare il comportamento desiderato. Una velocità limite esatta potrebbe essere identificata teoricamente, ma richiederebbe molte simulazioni individuali (anche per un profilo del vento che aumenta linearmente), che è stata scartata per ragioni di tempo. Inoltre, la frequenza di distacco dei vortici non sembra corrispondere alla teoria. Poiché la frequenza di separazione dipende dal numero di Strouhal e quindi dalla velocità del flusso, era prevedibile questo comportamento.
Probabilmente il fattore di influenza più importante per la corretta formazione di una scia di vortici è la densità della mesh. Al fine di risparmiare risorse, la densità della mesh in RWIND viene ridotta aumentando la distanza dall'oggetto analizzato nella galleria del vento. Questa semplificazione è molto utile per i singoli edifici, ma rende più difficile la modellazione della scia di vortici di Karman. Pertanto, un infittimento della mesh ha senso, ad esempio, di una sezione sopra l'altezza della struttura per l'intera lunghezza della galleria del vento, a partire dall'altezza della struttura. L'effetto di tale infittimento è mostrato di seguito.
Nel contesto della presente analisi, non è stato considerato fino a che punto un infittimento della mesh influisca sulle pressioni ultime sugli edifici circostanti. Ciò necessita di ulteriori analisi utilizzando una modellazione futura.
A causa di una colorazione adattata e di una mesh infittita, l'immagine seguente è il risultato. La vista leggermente inclinata consente una migliore distinzione tra le diverse tonalità di rosso.
Ciò che è interessante è la direzione dei vettori di velocità. La massima turbolenza, che è direttamente dietro la struttura, mostra la distribuzione caotica desiderata dei vettori direzionali come ci si aspetterebbe con un vortice. Tuttavia, i vortici più piccoli a una distanza maggiore dalla struttura non mostrano questo comportamento. Sebbene l'immagine in falsi colori della distribuzione della velocità assoluta possa indicare vortici più piccoli, tutti i vettori di direzione puntano nella direzione dell'afflusso. In termini di meccanica dei fluidi, questo comportamento è assurdo, ma non è possibile identificare una causa specifica.
Un'ulteriore ottimizzazione della scia di vortici sarebbe possibile con una mesh che viene ridefinita ancora una volta. È anche ipotizzabile che un infittimento ancora più fine possa anche correggere l'anomalia dei vettori direzionali. Tuttavia, ciò si riflette in un fabbisogno di memoria e di calcolo significativamente più elevato. Sarebbe consigliabile un infittimento della mesh il più piccolo possibile ma grande quanto necessario. Il terzo superiore del cilindro che includa una distanza sufficiente dai nodi superiori sarebbe probabilmente più adatto per questo.
Nel complesso, la scia di vortici modellata mostra risultati relativamente buoni per quanto riguarda la velocità e quindi il profilo di pressione. In dettaglio, come la distribuzione del vettore direzionale e la frequenza di emissione, l'approccio presentato in questo articolo probabilmente fallisce a causa delle limitazioni del solutore stesso. Si consiglia di ripetere questo calcolo con le ultime versioni di RWIND.
[1] Immagine per la via del vortice di Karman e il numero di Reynolds