Opis prac
Dostępne normy, takie jak EN 1991-1-4 [1], ASCE/SEI 7-16 i NBC 2015, zawierały parametry obciążenia wiatrem, takie jak współczynnik ciśnienia wiatru (Cp ) dla kształty podstawowe. Ważne jest, w jaki sposób można obliczać parametry obciążenia wiatrem szybciej i dokładniej, niż pracować nad czasochłonnymi i czasami skomplikowanymi wzorami w normach.
Jednym z ważnych punktów w symulacji CFD jest znalezienie dokładnych i kompatybilnych konfiguracji dotyczących danych wejściowych, takich jak modele turbulencji, profil prędkości wiatru, intensywność turbulencji, warunek warstwy granicznej, kolejność dyskretyzacji itd., które nie są wymienione w Eurokodzie. W aktualnym przykładzie dotyczącym kształtu walca zalecamy kompatybilne ustawienia zgodnie z normą Eurokod. Jak widać w normie EN1991-1-4, istnieją skomplikowane wzory na wyznaczenie wartości Cp odniesionej do różnych liczb Reynoldsa.
Rozwiązanie analityczne
Wymiar walca, jak pokazano na rys. 1, został obliczony dla liczby Reynoldsa (Re= 2*106 ) na podstawie równania 7.15 (EN 1991-1-4), gdzie b to średnica, ν to lepkość kinematyczna powietrze (ν=15*10-6 m2/s), v(ze ) to szczytowa prędkość wiatru:
Oto założenia i zalecane ustawienia (Tabela 1), które wykazują lepszą zgodność z Cp, a wartość współczynnika siły z przykładem Eurokodu:
| Prędkość wiatru | V | 30 | m/s |
| Liczba Reynoldsa (równanie 7.15, EN 1991-1-4) | Re | 2*106 | - |
| Wysokość | [CONTACT.E-MAIL-SALUTATION] | 1 | m |
| Średnica | D | 1 | m |
| Położenie minimalnej separacji ciśnienia/przepływu (tabela 7.12, EN 1991-1-4) | αmin/αA | 80/120 | Stopień |
| Wartość minimalnego współczynnika ciśnienia (tabela 7.12, EN 1991-1-4) | Cp0,min | -1,9 | - |
| Podstawowy współczynnik ciśnienia (tabela 7.12, EN 1991-1-4) | Cp0,h | -0,7 | - |
| Współczynnik solidności (równanie 7.28, EN 1991-1-4) | φ | 1 | - |
| Smukłość efektywna (tabela 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 1 | - |
| Współczynnik efektu końcowego (Rysunek 7.36 - Równanie 7.17, EN 1991-1-4) | ψλ - ψλa | 0,6-(0,6-1) | - |
| Współczynnik siły (Rysunek 7.28, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 0,55 | - |
| gęstość powietrza | ρ to | 1,25 | kg/m3 |
| Model turbulencji | Stacjonarne RANS k-ω SST | - | - |
| Lepkość kinematyczna (równanie 7.15, EN 1991-1-4) | ν | 1.5*10-5 | m2/s |
| Kolejność schematów | Drugi | - | - |
| Pozostała wartość docelowa | 10-5 | - | - |
| Typ pozostałości | Ciśnienie | - | - |
| Minimalna liczba iteracji | 800 | - | - |
| Warstwa graniczna | NL | 10 | - |
| Typ funkcji ściany | Rozszerzony/mieszany | - | - |
| Intensywność turbulencji (najlepsze dopasowanie) | I | 7,5% -15% | - |
Wyniki
Na koniec, kontur Cp dla intensywności turbulencji 7,5% (rys. 2) i wykres dla różnych intensywności turbulencji są przedstawione na rysunku 3, na którym I=7,5% wykazuje większą zgodność w zakresie przewidywania średniego współczynnika ciśnienia wiatru. Dla innego kryterium (współczynnik siły Cf,0 w tabeli 2), które można uzyskać w odniesieniu do Rysunku 7.28 w normie EN 1991-1-4, wartość 15% jest bliższa przykładowi z Eurokodu.
| Intensywność turbulencji (%) | Fd (N) | ρ (kg/m3 ) | u (m/s) | A (m2 ) | Cf,0 |
| 1.00 | 253 | 1,25 | 30 | 1 | 0,45 |
| 5,00 | 226 | 1,25 | 30 | 1 | 0,40 |
| 7,50 | 253 | 1,25 | 30 | 1 | 0,46 |
| 10,00 | 257 | 1,25 | 30 | 1 | 0,46 |
| 15,00 | 303 | 1,25 | 30 | 1 | 0,54 |
| 20.00 | 328 | 1,25 | 30 | 1 | 0,58 |
| 25,00 | 361 | 1,25 | 30 | 1 | 0,64 |
| Eurokod | - | - | - | - | 0,55 |
Model walca z zalecanymi ustawieniami można również pobrać tutaj:
