Introduzione
Nel campo dell'ingegneria del vento, una modellazione e una validazione accurate sono fondamentali per garantire l'integrità strutturale e le prestazioni aerodinamiche di varie strutture come le antenne (Figura 1). A causa della loro natura snella e spesso flessibile, le antenne sono particolarmente suscettibili alle forze indotte dal vento, come il distacco di vortici, il galoppo e il buffeting. Questi effetti dinamici possono portare a vibrazioni strutturali significative, fatica del materiale e persino rottura se non adeguatamente presi in considerazione nella fase di progettazione.
Per affrontare queste sfide, è necessaria una rigorosa convalida dei modelli computazionali per garantire che le previsioni teoriche siano in linea con le prestazioni del mondo reale. Uno di questi esempi è la convalida delle simulazioni del carico del vento dell'antenna attraverso test sperimentali e analisi della fluidodinamica computazionale (CFD). Questo processo consente agli ingegneri di perfezionare i loro modelli, migliorare la precisione e migliorare l'affidabilità complessiva delle strutture delle antenne in varie condizioni ambientali.
In collaborazione con la RWTH Aachen University, un'istituzione leader in ingegneria e scienze applicate, vengono condotti studi pratici su strutture di antenne esposte ai carichi del vento. Combinando approcci teorici con dati empirici, la ricerca mira a colmare il divario tra simulazione e realtà, contribuendo allo sviluppo di progetti di antenne più sicuri e più resistenti. Questo studio sottolinea l'importanza della convalida nell'ingegneria del vento, dimostrando come la collaborazione tra mondo accademico e industria può portare a tecniche di modellazione più precise e prestazioni strutturali migliorate nelle applicazioni del mondo reale.
Descrizione
Nell'attuale esempio di convalida, viene esaminato il coefficiente di forza sia per la simulazione CFD in RWIND che per lo studio sperimentale [1] dell'Università RWTH di Aquisgrana. Il modello centrale rappresenta un'antenna con una sezione trasversale rettangolare, posizionata sopra una superficie della griglia che funge da piano terra o da pavimento della galleria del vento. Il modello include diverse etichette dimensionali in magenta, che indicano misure specifiche: l'altezza totale dell'antenna è di 0,50 m; la sua base è elevata a 0,20 m da terra, con 0,08 m come lunghezza nella direzione y; e la larghezza superiore (in direzione x) dell'antenna è 0,056 metri (immagine 2).
Soluzione analitica e risultati
L'ipotesi richiesta per la simulazione del vento è illustrata come la seguente tabella:
| Tabella 1: Rapporto dimensionale e dati di input | |||
| Velocità di riferimento del vento | V | 10 | m/s |
| Dimensione del vento trasversale | b | 0,080 | m |
| Quota lungo il vento | d | 0,058 | m |
| Altezza | href | 0.5 | m |
| Distanza inferiore | Gap | 0.20 | m |
| Densità dell'aria - RWIND | ρ | 1.25 | kg/m3 |
| Direzione del vento | θvento | Da 0o a 360o con step 30o | Grado |
| Modello di turbolenza - RWIND | RANS stazionario k-ω SST | - | - |
| Viscosità cinematica (Equazione 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Ordine dello schema - RWIND | Secondo | - | - |
| Valore obiettivo residuo - RWIND | 10-4 | - | - |
| Tipo di residuo - RWIND | compressione | - | - |
| Numero minimo di iterazioni - RWIND | 800 | - | - |
| Strato limite - RWIND | NL | 10 | - |
| Tipo di funzione della parete - RWIND | Amplificato/Blended | - | - |
| Intensità di turbolenza | i | 3% | - |
I coefficienti della forza del vento per varie direzioni del vento (θ = 0o 360o con step di 30o ) sono stati determinati utilizzando RWIND, come illustrato nell'immagine 3. I risultati indicano una deviazione di circa l'8% dai dati sperimentali.
Inoltre, il modello Antenna è disponibile per il download qui:
