Dimensione consigliata della galleria del vento compatibile con l'Eurocodice (EN 1991-1-4)

Articolo tecnico sul tema Analisi strutturale con Dlubal Software

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La dimensione dell'area di calcolo (la dimensione della galleria del vento) è un aspetto importante in una simulazione del vento, che ha un impatto significativo sull'accuratezza e sul costo delle simulazioni CFD.

Negli ultimi anni, c'è stato un crescente interesse nell'uso della fluidodinamica computazionale, nota come CFD, per progettare strutture suscettibili al vento. Ciò è dovuto al fatto che i progressi nella potenza del computer hanno reso la soluzione a complicati problemi di flusso relativamente poco economica. La dimensione del dominio computazionale è un aspetto importante che ha un impatto significativo sull'accuratezza e sul costo delle simulazioni CFD.

Le equazioni di flusso fondamentali sono discretizzate e risolte in un'area volumetrica esterna al modello dell'edificio, che è indicata come dominio di calcolo (Figura 1). I limiti di un tipico dominio cuboide hanno un totale di sei superfici. Questi limiti, ad eccezione della parte inferiore del dominio', sono essenzialmente non fisici; pertanto, i loro effetti sull'area di flusso sono una fonte di errore di simulazione (qui chiamato errori di dominio). È importante impostare barriere non fisiche sufficientemente lontane dalla struttura per ridurre al minimo gli effetti maggiori sui risultati. Il costo di calcolo del modello potrebbe aumentare se i limiti sono posizionati troppo lontani. La dimensione del dominio di calcolo deve essere ottimizzata tenendo conto sia del costo di calcolo che dell'accuratezza della soluzione [1].

I migliori consigli pratici di Computational wind engineering (CWE) [2] [3] riconosce l'importanza di un dominio di calcolo con una dimensione appropriata per la precisione della soluzione. Questi consigli collegano gli errori di dominio a problemi simili con i test in galleria del vento, come gli effetti del blocco in domini con aree trasversali limitate e l'accelerazione artificiale del flusso locale in domini con spazio insufficiente tra i limiti del dominio e il modello dell'edificio. Pertanto, per specificare i requisiti dimensionali [3], vengono utilizzati la distanza minima tra i limiti del dominio e il modello dell'edificio e i rapporti di bloccaggio massimi, o una combinazione dei due.

Ecco un esempio della forma del cilindro dell'Eurocodice [4] in cui vengono considerate due diverse dimensioni del dominio di calcolo. Il primo caso (Figura 2) è l'impostazione predefinita di RWIND, che è un calcolo meno accurato ma più veloce, e il secondo è la dimensione consigliata della galleria del vento (Figura 3), che è più accurata ma ha anche un costo di calcolo maggiore. Ad esempio, per la dimensione predefinita della galleria del vento, sono necessari 23 minuti per completare la simulazione CFD, mentre per la dimensione consigliata della galleria del vento, sono necessari 42 minuti per terminare la simulazione (~80% di aumento del costo di calcolo). Inoltre, è importante notare che la simulazione è stata eseguita da CPU: Intel(R) Xeon(R) Gold 6248R CPU @ 3.00GHz128 GB RAM per 1000 iterazioni.

Il diagramma del coefficiente di pressione del vento (Cp) (Figura 4) mostra che la dimensione del dominio di calcolo può svolgere un ruolo importante nel livello di accuratezza dei risultati, in particolare per l'area di pressione positiva. La dimensione schematica consigliata della galleria del vento in aerodinamica è mostrata nella Figura 6 [5]. Il punto critico è prestare attenzione ai valori del campo di pressione vicino all'ingresso della velocità; dovrebbero essere in modo ottimale vicino a zero (Figura 5).

Autore

Mahyar Kazemian, M.Sc.

Mahyar Kazemian, M.Sc.

Marketing e ingegneria del prodotto

Il Sig. Kazemian è responsabile dello sviluppo del prodotto e del marketing per il software Dlubal, in particolare per il programma RWIND 2.

Riferimento

[1]   Abu-Zidan, Y., P. Mendis, and T. Gunawardena, Optimising the computational domain size in CFD simulations of tall buildings. Heliyon, 2021. 7(4): p. e06723.
[2]   Franke, J., et al. Best practice guideline for the CFD simulation of flows in the urban environmental summary. in 11th Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes, Cambridge, UK, July 2007. 2007. Cambridge Environmental Research Consultants.
[3]   Blocken, B., Computational Fluid Dynamics for urban physics: Importance, scales, possibilities, limitations and ten tips and tricks towards accurate and reliable simulations. Building and Environment, 2015. 91: p. 219-245.
[4]   EN 1991-1-4 (2005) (English): Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-4: General actions - Wind actions [Authority: The European Union Per Regulation 305/2011, Directive 98/34/EC, Directive 2004/18/EC]
[5]   Zhang, C., et al., Wind pressure coefficients for buildings with air curtains. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2020. 205: p. 104265.

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  • Aggiornato 30. giugno 2023

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