Opis
Ten przypadek weryfikacyjny, oparty na dokumencie niemieckiego WTG: Karta informacyjna Komitetu 3 - Numeryczna symulacja przepływów wiatru, Rozdział 9.2 (patrz literatura), porównuje obliczenia numerycznej mechaniki płynów współczynników ciśnienia wiatru z danymi eksperymentalnymi z aerodynamicznej bazy danych Politechniki Tokijskiej (TPU) (patrz literatura). Analiza koncentruje się na modelu budynku wysokościowego (proporcje 2:1:5). Dane z tunelu aerodynamicznego z warstwą przyścienną TPU – rygorystycznie zwalidowane w recenzowanych badaniach i publicznie dostępne za pośrednictwem ich portalu inżynierii wiatrowej – dostarczają metryk porównawczych do oceny dokładności modelowania turbulencji i efektów wrażliwości siatki.
Podczas gdy przykład weryfikacyjny VE0311 | Porównanie obciążeń wiatrem na wieżowcu z badań w tunelu aerodynamicznym i symulacji CFD wykorzystywał standardową funkcję ściany nutkWallFunction, ten przykład ocenia wydajność funkcji USpaldingWallFunction, która zapewnia ciągły profil prędkości w całej warstwie przyściennej. Kluczowe parametry porównawcze obejmują średnie wartości współczynników ciśnienia w krytycznych strefach budynku (ściana nawietrzna, ściany boczne, obszary oderwania po stronie zawietrznej) dla obu funkcji ściany w porównaniu z danymi eksperymentalnymi.
| Właściwości płynu | Lepkość kinematyczna | ν | 1.500e-5 | m2/s |
| Gęstość | ρ | 1.250 | kg/m3 | |
| Tunel aerodynamiczny | Długość | Dx | 2720.000 | m |
| Szerokość | Dy | 900.000 | m | |
| Wysokość | Dz | 720.000 | m | |
| Budynek | Szerokość | B | 80.000 | m |
| Głębokość | D | 40.000 | m | |
| Wysokość | H | 200.000 | m | |
| Parametry obliczeniowe | Prędkość referencyjna | uref | 22.000 | m/s |
| Wysokość referencyjna | zref | 10.000 | m | |
| Stała von Kármána | κ | 0.410 | ||
| Stała lepkości turbulentnej | Cμ | 0.090 | ||
| Długość chropowatości aerodynamicznej | z0 | 1.000 | m |
Rozwiązanie analityczne
Rozwiązanie analityczne nie jest dostępne. Przykład zapewnia porównanie wyników symulacji CFD RWIND z danymi eksperymentalnymi (Aerodynamiczna baza danych TPU).
Profil prędkości wiatru jest obliczany z prawa potęgowego zgodnie z następującym wzorem:
gdzie wykładnik profilu α jest zdefiniowany jako
Intensywność turbulencji jest pobierana z Aerodynamicznej bazy danych TPU zgodnie z poniższym wykresem dla α=0.25.
Ustawienia symulacji RWIND
- Modelowane w RWIND 3.07
- Typ symulacji przepływu nieustalonego
- Gęstość siatki wynosi 20% z zagęszczeniami: 5 698 702 komórek
- Model Spalarta-Allmarasa DDES
- Funkcja ściany: USpaldingWallFunction (wyniki porównane z nutkWallFunction z VE 000311)
- Warunek brzegowy na wlocie - profil prędkości i profil intensywności turbulencji
- Dno tunelu - warunek brzegowy bez poślizgu
- Ściany i góra tunelu - warunek brzegowy poślizgu
- Warunek brzegowy na wylocie - zerowe ciśnienie; zerowy gradient prędkości
- Przeprowadzane jest obliczenie krok po kroku, uwzględniające zdefiniowany przez użytkownika wpis zastosowanej funkcji ściany bezpośrednio w pliku źródłowym. Zastosowany model jest identyczny jak w Przykładzie Weryfikacyjnym 0311.
Wyniki
Graficzne porównanie średnich współczynników ciśnienia wiatru uzyskanych przy użyciu funkcji ściany nutkWallFunction i USpaldingWallFunction w symulacjach RWIND przedstawiono dla powierzchni nawietrznej, zawietrznej, prawej i lewej budynku. Te symulowane wartości są oceniane w odniesieniu do uśrednionych danych szeregów czasowych zmierzonych w punktach testowych z Aerodynamicznej bazy danych TPU. Ogólnie rzecz biorąc, nie zaobserwowano znaczących odchyleń w obliczonych danych między dwiema metodami, co ilustruje wrażliwość – i stabilność – rozkładu ciśnienia na wybrane podejście do funkcji ściany w różnych strefach budynku.
Uwaga: Dane eksperymentalne pokazane na wykresach są wykreślane na podstawie plików danych uzyskanych ze strony internetowej TPU. Jednakże wykresy pokazane na stronie TPU pasują do plików danych tylko w przypadku powierzchni nawietrznej.
