Opis przypadku
W tym przykładzie obliczymy ciśnienia lokalne, ciśnienia uśrednione oraz przeprowadzimy badania parametryczne dla projektu wstępnego przy użyciu bardziej precyzyjnych metod, takich jak nieustalony URANS.
Przykład ten należy do Grupy 2, zgodnie z Rysunkiem 2.2 w Wytycznych WTG-Merkblatt-M3:
- G2: Wartości bezwzględne o średnich wymaganiach dotyczących dokładności. Obszar zastosowania może obejmować badania parametryczne lub wstępne, gdy planowane są późniejsze analizy o wyższej dokładności (np. badanie w tunelu aerodynamicznym klasy G3).
- R2: Pojedyncze, wszystkie istotne kierunki wiatru z odpowiednio drobną rozdzielczością kierunkową.
- Z2: Statystyczne wartości średnie i odchylenia standardowe, pod warunkiem, że dotyczą stacjonarnych procesów przepływu, dla których wystarczająca jest statystyczna weryfikacja fluktuacji za pomocą współczynnika szczytowego.
- S1: Efekty statyczne. Są one wystarczające do odwzorowania modelu konstrukcyjnego z niezbędną szczegółowością mechaniczną, ale bez właściwości masowych i tłumiących.
Wymiary przykładu pokazano na Rysunku 1, a założenia wejściowe zilustrowano w Tabeli 1:
Tabela 1: Dane wejściowe przykładu sześcianu 3D
| Parametr | Symbol | Wartość | Jednostka |
|---|---|---|---|
| Bazowa prędkość wiatru | V | 10.13 | m/s |
| Wysokość dachu | h | 6 | m |
| Wymiar poziomy | α | 6 | m |
| Kąt dachu | θdach | 0 | Stopień |
| Gęstość powietrza – RWIND | ρ | 1.25 | kg/m³ |
| Kierunki wiatru | θwiatr | 0 | Stopień |
| Model turbulencji – RWIND | RANS i URANS | - | - |
| Lepkość kinematyczna (Równanie 7:15, EN 1991-1-4) – RWIND | ν | 1.5×10⁻⁵ | m²/s |
| Rząd schematu – RWIND | Pierwszy i Drugi | - | - |
| Docelowa wartość residuum – RWIND | 10⁻⁴ | - | - |
| Typ residuum – RWIND | Ciśnienie | - | - |
| Minimalna liczba iteracji – RWIND | 800 | - | - |
| Warstwa przyścienna – RWIND | NL | 10 | - |
| Typ funkcji ściany – RWIND | Standardowa | - | - |
Analiza wrażliwości
Dla bieżącego przykładu analizę wrażliwości przedstawiono zgodnie z Rysunkiem 2. Wyniki całkowitych sił oporu są badane dla czterech różnych gęstości siatki. Niezależność od siatki uzyskano przy 1,6 miliona komórek (Siatka #4).
Wytyczne WTG-Merkblatt M3 dostarczają dwóch kluczowych metod walidacji wyników symulacji. Metoda Współczynnika Trafień (Hit Rate) ocenia, ile symulowanych wartości Pi poprawnie odpowiada wartościom referencyjnym Oi w ramach zdefiniowanej tolerancji, stosując podejście klasyfikacji binarnej (trafienie lub chybienie). Podejście to ocenia niezawodność symulacji poprzez obliczenie współczynnika trafień q, podobnie do funkcji niezawodności stosowanych w teorii niezawodności. W przeciwieństwie do tego, metoda Znormalizowanego Błędu Średniokwadratowego (e2) oferuje bardziej szczegółową ocenę dokładności poprzez kwantyfikację średniego kwadratu odchylenia między wartościami symulowanymi a referencyjnymi, znormalizowanego w celu uwzględnienia różnic skali. Razem metody te zapewniają zarówno jakościowe, jak i ilościowe mierniki walidacji symulacji.
Wyniki
Wykres na Rysunku 3 przedstawia rozkład średniego i szczytowego Współczynnika Ciśnienia (Cp) wzdłuż określonej pozycji na konstrukcji, porównując wyniki eksperymentalne z symulacjami numerycznymi wykorzystującymi różne modele obliczeniowe. Dane eksperymentalne obejmują pomiary z badań terenowych Silsoe F-S oraz testów w tunelu aerodynamicznym (WT), natomiast symulacje przeprowadzono przy użyciu modeli RWIND RANS i RWIND URANS. Model URANS jest dalej podzielony na wartości średnie i szczytowe w celu kompleksowej analizy zachowania ciśnienia aerodynamicznego.
Porównanie na Rysunku 4 ma na celu ocenę dokładności modeli symulacyjnych RWIND w odtwarzaniu wyników eksperymentalnych. Przedstawiono kluczowe miary statystyczne, takie jak Współczynnik Korelacji (R) i Współczynnik Determinacji (R²), aby skwantyfikować zgodność między danymi symulowanymi a eksperymentalnymi, oferując wgląd w niezawodność tych modeli do analizy aerodynamicznej. Przekątna linia referencyjna reprezentuje idealną zgodność między wynikami symulacji a eksperymentu, a bliskość punktów danych do tej linii odzwierciedla dokładność każdego modelu. Różnica między RWIND a Eurokodem wynosi około Wrel,RANS = 11.54% i Wrel,URANS = 21.46%; następnie można uzyskać współczynnik trafień jako qRANS=59% oraz qURANS,10%=30% i qURANS,20%=63%. Znormalizowany błąd średniokwadratowy jest obliczany odpowiednio; e2RANS=0.02 i e2URANS=0.04.
Model jest dostępny do bezpłatnego pobrania tutaj:
