User Story
Il seguente esempio descrive esperimenti nella galleria del vento condotti dal Laboratorio Ambientale della Galleria del Vento (EWTL) presso l'Università di Amburgo [1] come caso di validazione nella Parte 9.4 del WTG-Merkblatt M3. Utilizzeremo i campi di velocità misurati e i dati di rugosità del modello della città Michel (Caso BL3-3) per convalidare le simulazioni numeriche CFD in strutture urbane complesse. L'esempio può appartenere al Gruppo 2, secondo Figura 2.2 nel WTG-Merkblatt-M3, basato sull'indagine del valore medio della velocità del vento:
- G2: Valori assoluti con requisiti di precisione media: L'area di applicazione può includere parametri o studi preliminari quando sono pianificate indagini successive con maggiore precisione (ad esempio, esame della galleria del vento della classe G3).
- R2: Solitary: tutte le direzioni del vento rilevanti con risoluzione direzionale sufficientemente fine.
- Z2: Valori medi statistici e deviazioni standard: purché coinvolgano processi di flusso stazionario per i quali una verifica statistica delle fluttuazioni con un fattore di picco sia sufficiente.
- S1: Effetti statici: Sono sufficienti per rappresentare il modello strutturale con i dettagli meccanici necessari, ma senza proprietà di massa e smorzamento.
Descrizione
L'indagine si concentra su un modello di città idealizzato ma dettagliato geometricamente, posizionato in un flusso dello strato limite atmosferico. Le misurazioni nella galleria del vento sono state effettuate nella struttura WOTAN, caratterizzata da una sezione di prova lunga 18 m, larga 4 m e alta 2,75-3,25 m. Il corrispondente campo di rugosità è stato caratterizzato da una lunghezza di rugosità di z0=1,53 m e un esponente del profilo α=0,27 che rappresenta condizioni di terreno "molto rugose". Sono stati registrati un totale di 1.838 punti di misurazione per diverse configurazioni del tetto. Le componenti di velocità orizzontale dipendenti dal tempo u e v, inclusi i valori medi, le varianze, le correlazioni e gli spettri, sono stati ottenuti con un Anemometro Laser-Doppler 2D (LDA) a 500-600 Hz. I punti di misurazione sono stati distribuiti in profili verticali e orizzontali, nei canyon delle strade, e in luoghi di ripetibilità definiti. Il dataset della città Michel serve come caso di riferimento di validazione (C5) secondo la Linea Guida VDI 3783 Parte 9 [2]. Per la validazione, oltre al rapporto di successo, vengono applicati una deviazione relativa D=0,25 e una deviazione assoluta W=0,08 per tenere conto della ripetibilità e dell'incertezza della misurazione. Questo dataset è stato verificato e adottato da diverse istituzioni (ad esempio, KalWin [3]) per scopi di validazione CFD e confronto di modelli.
Requisito di Precisione WTG-Merkblatt M3
Il WTG-Merkblatt M3 fornisce due metodi chiave per convalidare i risultati della simulazione. Il Metodo Tasso di Successo 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 mancato). Questo approccio valuta l'affidabilità della simulazione calcolando un tasso di successo q, simile alle funzioni di confidenza utilizzate nella teoria dell'affidabilità. Invece, l'Errore Medio Quadratico Normalizzato (e2) offre una valutazione di precisione 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 delle simulazioni.
Risultati e Discussione
[1] Linea Guida VDI 3783 Parte 9: Meteorologia ambientale - Modelli di campo di vento microscalare prognostici - Valutazione per l'umidità degli edifici e degli ostacoli, 2017
[2] KalWin, "Validation of flow field prediction within a realistic but idealized urban environment with OpenFOAM", Report KalWin Engineering GbR, 2022, http://www.kalwin-engineering.com/wp-content/uploads/2022/10/KalWin-Report-ValidationOkt2022.pdf