Caso applicativo
In questo esempio, calcoleremo le pressioni locali, le pressioni medie e gli studi parametrici per la progettazione preliminare con metodi più precisi, come l'URANS transitorio.
Questo esempio appartiene al Gruppo 2, secondo la Figura 2.2 del WTG-Merkblatt-M3:
- G2: Valori assoluti con requisiti di accuratezza medi. L'area di applicazione può includere studi parametrici o preliminari quando sono previste indagini successive con accuratezza superiore (ad esempio, prove in galleria del vento di classe G3).
- R2: Singolo, tutte le direzioni del vento rilevanti con una risoluzione direzionale sufficientemente fine.
- Z2: Valori medi statistici e deviazioni standard, a condizione che coinvolgano processi di flusso stazionari, per i quali una verifica statistica delle fluttuazioni con un fattore di picco è sufficiente.
- S1: Effetti statici. Sono sufficienti a rappresentare il modello strutturale con il necessario dettaglio meccanico, ma senza proprietà di massa e smorzamento.
Le dimensioni dell'esempio sono mostrate nella Figura 1 e l'assunzione dei dati di input è illustrata nella Tabella 1:
Tabella 1: Dati di Input dell'Esempio del Cubo 3D
| Parametro | Simbolo | Valore | Unità |
|---|---|---|---|
| Velocità Base del Vento | V | 10.13 | m/s |
| Altezza del Tetto | h | 6 | m |
| Dimensione Orizzontale | α | 6 | m |
| Angolo del Tetto | θtetto | 0 | Gradi |
| Densità dell'Aria – RWIND | ρ | 1.25 | kg/m³ |
| Direzioni del Vento | θvento | 0 | Gradi |
| Modello di Turbolenza – RWIND | RANS & URANS | - | - |
| Viscosità Cinematica (Equazione 7:15, EN 1991-1-4) – RWIND | ν | 1.5×10⁻⁵ | m²/s |
| Ordine dello Schema – RWIND | Primo e Secondo | - | - |
| Valore Obiettivo del Residuo – RWIND | 10⁻⁴ | - | - |
| Tipo di Residuo – RWIND | Pressione | - | - |
| Numero Minimo di Iterazioni – RWIND | 800 | - | - |
| Strato Limite – RWIND | NL | 10 | - |
| Tipo di Funzione di Parete – RWIND | Standard | - | - |
Analisi di Sensitività
Per l'esempio corrente, l'analisi di sensitività è mostrata secondo la Figura 2. I risultati delle forze di resistenza totali sono esaminati per quattro diversi numeri di mesh. L'indipendenza dalla mesh è ottenuta a 1.6 milioni di celle (Mesh #4).
Il WTG-Merkblatt M3 fornisce due metodi chiave per validare i risultati della simulazione. Il metodo Hit Rate valuta quanti dei valori simulati Pi corrispondono correttamente ai valori di riferimento Oi entro una tolleranza definita, utilizzando un approccio di classificazione binaria (successo o insuccesso). Questo approccio valuta l'affidabilità della simulazione calcolando un tasso di successo q, simile alle funzioni di confidenza utilizzate nella teoria dell'affidabilità. Al contrario, il metodo dell'Errore Quadratico Medio Normalizzato (e2) offre una valutazione dell'accuratezza più dettagliata quantificando la deviazione quadratica media tra i valori simulati e quelli di riferimento, normalizzata per tenere conto delle differenze di scala. Insieme, questi metodi forniscono misure sia qualitative che quantitative per la validazione della simulazione.
Risultati
Il diagramma nella Figura 3 presenta la distribuzione media e di picco del Coefficiente di Pressione (Cp) lungo una posizione specifica su una struttura, confrontando i risultati sperimentali con le simulazioni numeriche che utilizzano vari modelli computazionali. I dati sperimentali includono misurazioni dallo studio sul campo Silsoe F-S e test in galleria del vento (WT), mentre le simulazioni sono condotte utilizzando i modelli RWIND RANS e RWIND URANS. Il modello URANS è ulteriormente suddiviso in valori medi e di picco per analizzare in modo completo il comportamento della pressione aerodinamica.
Il confronto nella Figura 4 mira a valutare l'accuratezza dei modelli di simulazione RWIND nel replicare i risultati sperimentali. Metriche statistiche chiave, come il Coefficiente di Correlazione (R) e il Coefficiente di Determinazione (R²), sono presentate per quantificare l'accordo tra i dati simulati e sperimentali, offrendo indicazioni sull'affidabilità di questi modelli per l'analisi aerodinamica. La linea di riferimento diagonale rappresenta una corrispondenza perfetta tra i risultati della simulazione e quelli sperimentali, e la vicinanza dei punti dati a questa linea riflette l'accuratezza di ciascun modello. La differenza tra RWIND e l'Eurocodice è circa Wrel,RANS = 11.54% e Wrel,URANS = 21.46%; quindi il tasso di successo può essere ottenuto come qRANS=59% e qURANS,10%=30% e qURANS,20%=63%. L'errore quadratico medio normalizzato è calcolato rispettivamente; e2RANS=0.02 e e2URANS=0.04.
Il modello è disponibile per il download gratuito qui:
