Descrizione
Questo caso di verifica, basato sul documento del WTG tedesco: Scheda informativa del Comitato 3 - Simulazione numerica dei flussi di vento, Capitolo 9.2 (vedi riferimenti), confronta i calcoli della dinamica dei fluidi computazionale dei coefficienti di pressione del vento con i dati sperimentali dalla banca dati aerodinamica della Tokyo Polytechnic University (TPU) (vedi riferimenti). L'analisi si concentra su un modello di edificio alto (rapporto 2:1:5). I dati della galleria del vento a strato limite di TPU – rigorosamente validati attraverso studi sottoposti a revisione paritaria e accessibili pubblicamente tramite il loro portale di ingegneria del vento – forniscono metriche di riferimento per valutare la precisione della modellazione della turbolenza e gli effetti di sensibilità della griglia. I parametri di confronto chiave includono i valori medi dei coefficienti di pressione in zone critiche dell'edificio (facciata sopravento, pareti laterali, regioni di separazione sottovento).
| Proprietà del Fluido | Viscosità Cinematica | ν | 1.500e-5 | m2/s |
| Densità | ρ | 1.250 | kg/m3 | |
| Galleria del Vento | Lunghezza | Dx | 2720.000 | m |
| Larghezza | Dy | 900.000 | m | |
| Altezza | Dz | 720.000 | m | |
| Edificio | Larghezza | B | 80.000 | m |
| Profondità | D | 40.000 | m | |
| Altezza | H | 200.000 | m | |
| Parametri di Calcolo | Velocità di Riferimento | uref | 22.000 | m/s |
| Altezza di Riferimento | zref | 10.000 | m | |
| Costante di von Kármán | κ | 0.410 | ||
| Costante di Viscosità della Turbolenza | Cμ | 0.090 | ||
| Lunghezza di Rugosità della Superficie Aerodinamica | z0 | 1.000 | m |
Soluzione Analitica
Non è disponibile una soluzione analitica. L'esempio fornisce un confronto tra i risultati della simulazione RWIND CFD e i dati sperimentali (Database aerodinamico TPU).
Il profilo della velocità del vento è calcolato dalla Legge della Potenza secondo la seguente formula:
dove l'esponente del profilo α è definito come
L'intensità della turbolenza è presa dal Database aerodinamico TPU in base al seguente grafico per α=0.25.
Impostazioni della Simulazione RWIND
- Modellato in RWIND 3.04
- Tipo di simulazione di flusso transitoria
- Densità della mesh è del 20% con raffinamenti: 5.698.702 celle
- Modello DDES Spalart-Allmaras
- Condizione al contorno di ingresso - profilo di velocità e profilo di intensità della turbolenza
- Fondo del tunnel - condizione al contorno di non scorrimento
- Pareti del tunnel e parte superiore - condizione al contorno di scorrimento
- Condizione al contorno di uscita - pressione zero; gradiente di velocità zero
Risultati
La metrica di validazione è calcolata secondo WTG: Scheda informativa del Comitato 3 - Simulazione numerica dei flussi di vento, Capitolo 5.3.2 (vedi riferimenti). Innanzitutto, viene calcolato il valore del parametro di tasso di successo q per il valore medio del coefficiente di pressione. Viene considerata la deviazione relativa Wrel.
|
N |
Total number of data points |
|
ni |
Indicator function (1 if prediction is “correct”, 0 otherwise) |
|
Pi |
Predicted value |
|
Oi |
Reference value |
|
Wrel |
Allowed relative deviation |
In alternativa, l'errore quadratico medio relativo e2 può essere calcolato anche secondo la seguente formula.
I valori desiderati del parametro di tasso di successo q sono superiori al 90% e l'errore quadratico medio relativo dovrebbe essere inferiore a 0,01. Dalla tabella seguente è chiaro che il confronto dei dati sperimentali da TPU e i risultati della simulazione di flusso in RWIND non soddisfa i requisiti.
| Superficie | q [%] per Wrel = 10 % | q [%] per Wrel = 20 % | e2 [1] |
| Sopravento | 27.3 | 72.7 | 0.035 |
| Laterale destro | 0.0 | 9.1 | 0.114 |
| Laterale sinistro | 27.3 | 45.5 | 0.121 |
| Sottovento | 0.0 | 0.0 | 0.118 |
Nei grafici seguenti, i coefficienti di pressione del vento medi ottenuti tramite simulazione RWIND sono confrontati con i valori medi delle serie temporali nei punti di prova misurati tramite il Database aerodinamico TPU. I confronti sono effettuati sulle superfici sopravento, laterale destra, laterale sinistra e sottovento dell'edificio.
I grafici mostrano un accordo molto buono sulla superficie sopravento. I coefficienti di pressione del vento sono cruciali per i carichi sugli edifici, in particolare su questa superficie. Nel caso delle altre superfici, si osserva un buon accordo tra la tendenza dei risultati della simulazione e l'esperimento.
Osservazione: I dati sperimentali mostrati nei grafici sono tracciati sulla base dei file di dati ottenuti dal sito web del TPU. Tuttavia, i grafici mostrati sul sito web del TPU corrispondono ai file di dati solo nel caso della superficie sopravento.
