Descrizione
Questo caso di verifica, basato sul documento della WTG tedesca: Fact Sheet del Comitato 3 - Simulazione numerica dei flussi del vento, Capitolo 9.2 (vedi riferimenti), confronta i calcoli di fluidodinamica computazionale dei coefficienti di pressione del vento con i dati sperimentali del database aerodinamico 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 dello strato limite della TPU – rigorosamente validati attraverso studi sottoposti a revisione paritaria e pubblicamente accessibili tramite il loro portale di ingegneria del vento – forniscono metriche di riferimento per valutare l'accuratezza della modellazione della turbolenza e gli effetti della sensibilità della griglia.
Mentre l'esempio di verifica VE0311 | Confronto dei carichi da vento su un edificio alto tra prove in galleria del vento e simulazione CDF utilizzava la nutkWallFunction standard, questo esempio valuta le prestazioni della USpaldingWallFunction, che fornisce un profilo di velocità continuo attraverso l'intero strato limite. I parametri chiave di confronto includono i valori medi dei coefficienti di pressione nelle zone critiche dell'edificio (facciata sopravvento, pareti laterali, regioni di separazione sottovento) per entrambe le funzioni di parete confrontati con i dati sperimentali.
| 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 | urif | 22.000 | m/s |
| Altezza di riferimento | zrif | 10.000 | m | |
| Costante di von Kármán | κ | 0.410 | ||
| Costante di viscosità turbolenta | Cμ | 0.090 | ||
| Lunghezza di rugosità superficiale aerodinamica | z0 | 1.000 | m |
Soluzione analitica
Non è disponibile una soluzione analitica. L'esempio fornisce un confronto tra i risultati della simulazione CFD RWIND e i dati sperimentali (Database Aerodinamico TPU).
Il profilo della velocità del vento è calcolato dalla Legge di potenza secondo la seguente formula:
dove l'esponente del profilo α è definito come
L'intensità della turbolenza è presa dal Database Aerodinamico TPU secondo il seguente grafico per α=0.25.
Impostazioni della simulazione RWIND
- Modellato in RWIND 3.07
- Tipo di simulazione del flusso transitorio
- La densità della mesh è del 20% con raffinamenti: 5.698.702 celle
- Modello Spalart-Allmaras DDES
- Funzione di parete: USpaldingWallFunction (risultati confrontati con nutkWallFunction da VE 000311)
- Condizione al contorno in ingresso - profilo di velocità e profilo di intensità della turbolenza
- Fondo della galleria - condizione al contorno di no-slip
- Pareti e soffitto della galleria - condizione al contorno di slip
- Condizione al contorno in uscita - pressione zero; gradiente di velocità zero
- Viene eseguito un calcolo passo-passo, incorporando una voce definita dall'utente della funzione di parete applicata direttamente nel file sorgente. Il modello utilizzato è identico a quello nell'Esempio di verifica 0311.
Risultati
Viene presentato un confronto grafico dei coefficienti medi di pressione del vento ottenuti utilizzando la nutkWallFunction e la USpaldingWallFunction nelle simulazioni RWIND sulle superfici sopravvento, sottovento, destra e sinistra dell'edificio. Questi valori simulati sono valutati rispetto ai dati medi delle serie temporali misurati nei punti di test del Database Aerodinamico TPU. Complessivamente, non si osserva alcuna deviazione significativa nei dati calcolati tra i due metodi, illustrando la sensibilità — e la stabilità — della distribuzione della pressione al trattamento della funzione di parete selezionato attraverso le diverse zone dell'edificio.
Nota: I dati sperimentali mostrati nei grafici sono tracciati sulla base dei file di dati ottenuti dal sito web TPU. Tuttavia, i grafici mostrati sul sito web TPU corrispondono ai file di dati solo nel caso della superficie sopravvento.
