Per generare una mesh di volume finito per CFD, il modello deve essere topologicamente corretto. In RWIND 3, i contorni del modello sono definiti da triangoli. Il termine "topologicamente corretto" significa che questi triangoli devono formare una mesh triangolare chiusa - ogni bordo della mesh ha esattamente due triangoli adiacenti e i triangoli non devono intersecarsi o toccarsi tranne i bordi comuni e i vortici. In effetti, la definizione esatta di un modello "topologicamente corretto" è più complicata, ma non vogliamo entrare in tutti i dettagli qui.
I modelli CAD tipici spesso non sono topologicamente corretti. I triangoli di un oggetto 3D si intersecano con i triangoli di altri oggetti, il contorno del modello non è chiuso e così via. La pre-elaborazione di tali modelli per un'analisi CFD può essere molto ampia e richiede il 60-80% del tempo dell'ingegnere. Facilitare questo lavoro è quindi una delle caratteristiche più forti di RWIND 3. È stato ottenuto implementando il cosiddetto modello semplificato. Il modello semplificato è rappresentato da una mesh speciale che "avvolge" il modello originale. Questa mesh è topologicamente corretta e può quindi essere utilizzata come contorno del modello per la generazione di una mesh 3D a volume finito per il calcolo CFD.
Tipi di mesh del modello
In RWIND 3 ci sono 5 tipi di mesh, ognuna con il proprio ruolo nel processo di calcolo. Ecco una loro panoramica, ordinata dalla mesh del modello originale di RFEM 6 alla mesh computazionale di RWIND 3:
Mesh del modello originale
Mesh create sulla base della mesh FEM originale in RFEM 6. Ci sono due tipi:
- M1: Mesh basata sulla mesh FEM del modello RFEM 6 o sul modello stl importato.
- M2: Mesh perfezionata per una migliore visualizzazione grafica dei risultati sul modello originale. RWIND 3 perfeziona la mesh del modello originale per una migliore transizione dei risultati dalla mesh di calcolo della superficie al modello originale.
Mesh del modello semplificata
La mesh generata da RWIND 3
- M3: La mesh creata dal termoretraibile migliora topologicamente la mesh M1. Il processo di termoretrazione crea un modello semplificato della struttura complessa, riducendo il livello di dettaglio del modello originale. La mesh termoretraibile viene quindi utilizzata come mesh del contorno di input per il calcolo CFD in OpenFOAM.
Mesh del modello computazionale
Mesh generate da OpenFOAM. Ci sono due tipi:
- M4: Mesh di calcolo della superficie creata da OpenFOAM sulla base della mesh M3, la base (mesh di contorno) per generare la mesh 3D del volume M5. Dopo il calcolo, i risultati della superficie vengono visualizzati su questa mesh di superfici (mesh computazionale).
- M5: Mesh 3D del volume generata da snappyHexMesh basata sulla mesh della superficie al contorno (M4). Per saperne di più sul processo di generazione della mesh, segui il link qui. La mesh M5 riempie il dominio di flusso 3D attorno al modello e dopo il calcolo, i risultati del campo di flusso vengono visualizzati su di esso.
Semplificazione del modello
Il modello semplificato corregge automaticamente la maggior parte dei problemi che altrimenti dovrebbero essere corretti manualmente. Questi problemi includono:
- Dettagli non necessari (vedi punto 1 nell'immagine Imperfezioni topologiche): dettagli che non sono rilevanti per la simulazione data e potrebbero causare instabilità di calcolo a causa della discretizzazione insufficientemente fine.
- Intersezione di triangoli (vedi punto 2)
- Bordi aperti e superfici con spessore zero (vedi punto 3)
- Aperture attraverso le quali il fluido (vento) scorre all'interno dell'edificio (vedi punto 4)
L'immagine di modelli semplificati di seguito mostra alcuni esempi di modelli con correzione automatica.
Quando si semplifica il modello, è possibile specificare il livello di dettaglio e la dimensione massima delle aperture da chiudere. L'utilizzo di un modello semplificato per determinare il carico del vento su un edificio si basa sul seguente presupposto: se il modello semplificato approssima bene la forma del modello originale, anche il carico calcolato per il modello semplificato si avvicinerà ai valori corretti.
Sebbene l'uso del modello semplificato sia suggerito nella maggior parte dei casi, l'utente può disabilitare questa opzione e utilizzare i contorni del modello importato per il calcolo. Tuttavia, questa opzione è consigliata solo per utenti esperti con esperienza nelle analisi CFD.
Estrapolazione dei risultati
Dopo il calcolo, abbiamo i risultati sulla mesh di calcolo e dobbiamo trasferirli sulla superficie del modello originale (cioè, la "Mesh originale"). Per questo, RWIND utilizza un processo di estrapolazione descritto di seguito.
Il processo di estrapolazione può essere suddiviso in due sezioni principali:
1. Individuazione dei triangoli al contorno
Il processo di estrapolazione inizia individuando i triangoli al contorno della mesh sulla superficie del modello. Cerchiamo triangoli il cui baricentro sia abbastanza vicino alla mesh originale. Durante questo processo vengono presi in considerazione alcuni criteri, ad esempio i triangoli non devono sovrapporsi, ecc.
2. Estrapolazione della pressione sulla mesh del modello originale
Quindi, per ogni triangolo al contorno della mesh originale, troviamo un punto adatto sulla mesh di calcolo e lì troviamo il valore della pressione.
Per trovare un punto sulla mesh di calcolo, costruiamo prima la normale n al centro del triangolo S, quindi troviamo un punto risultante all'intersezione della normale n con il triangolo della mesh di calcolo, vedi immagine sotto. Se il punto risultante non può essere trovato in questo modo, viene preso il punto più vicino possibile nell'area circostante.
Se riusciamo a trovare un punto adatto sulla mesh di calcolo, utilizziamo il valore della pressione in quel punto e lo trasferiamo all'intero triangolo della mesh originale, vedi image. Il risultato di questo processo sono i valori di pressione in ciascun triangolo della mesh del modello originale. Sulla superficie del modello questi valori sono diversi da zero (valori positivi = pressione, valori negativi = aspirazione) e sul resto del modello la pressione è zero. È quindi possibile calcolare le forze agenti ai centri dei triangoli a causa della pressione indotta dalla superficie dei triangoli. La direzione della forza è nella direzione normale al triangolo.
Verifica della mesh computazionale prima del calcolo
RWIND ha i parametri della mesh di calcolo impostati molto bene per impostazione predefinita per molti modelli (livello di dettaglio, ecc.), Ma la gamma di applicazioni RWIND è molto ampia e non tutti i modelli potrebbero trovare le impostazioni predefinite ideali.
Se sospettiamo che il nostro modello richieda impostazioni più specifiche (ad esempio, i dettagli dell'edificio svolgono un ruolo significativo nella simulazione del flusso del vento), è una buona idea controllare la mesh computazionale prima di calcolare. La seguente immagine mostra come visualizzare entrambe le mesh.
Alcuni consigli su cosa cercare:
- Se la mesh di calcolo generata acquisisce sufficientemente la geometria del modello, se la semplificazione è troppo elevata, vedi immagine di seguito.
