Podejście
Das Architectural Institute of Japan (AIJ) oferuje analizę porównawczą dla symulacji wiatru.
Der Nachfolgende Beitrag dreht sich dabei um den "Przypadek A - wieżowiec w kształcie 2:1:1".
Im Folgenden wird das beschriebene Szenario in RWIND2, nachgebildet und die Ergebnisse mit den den simulierten und der expertellen Resultate des AIJ verglichen.
Der Case A beschreibt ein simples quaderförmiges Gebäude, dass doppelt so hoch wie breit und tief ist.
Die Strömungsgeschwindigkeit wurde dabei in der Simulation entlang mehrerer Geraden ausgewertet die Strömungsgeschwindigkeit in der Längs-Symetrieebene in verschiedenen Abständen positioniert sind.
Eksperyment z AIJ obejmuje otwarty model w rozszerzeniu kanału wiatrowego i zastosowanych rękawicach z podziałem między wiatrem i wiatrem.
Autoryzowana wersja oprogramowania STREAM w wersji 2.10 jest dostępna w wersji RWIND Pro 2.02. Der Modellaufbau wurde in RWIND so gut es ging den Aufbau in STREAM angepasst.
Model
Als Turbulenzmodell wurde Standard k–ε verwendet, dabei wurde eine stationäre Strömung angenommen. Die Anströmung erfolgt senkrecht, wegen Symmetrie ist dabei egal auf welche Fläche der xzoder yz-Ebene. Abmessungen, Anströmgeschwindigkeit und Turbulenzverhalten wurden aus der originalen Publikation übernommen [1]. Nachfolgend ist die Strömungsgeschwindigkeit über die Höhe zusammengefasst.
| Höhe w km | Wymiary przekroju w m/s | |
|---|---|---|
| 1 | 0,01 | 2,745 |
| 2 | 0,02 | 2,935 |
| 3 | 0,04 | 3,175 |
| 4 | 0,08 | 3,435 |
| 5 | 0,12 | 3,627 |
| 6 | 0,16 | 3,824 |
| 7 | 0,20 | 4,021 |
| 8 | 0,24 | 4,21 |
| 9 | 0,28 | 4,362 |
| 10 | 0,32 | 4,491 |
| 11 | 0,33 | 4,502 |
| 12 | 0,34 | 4,586 |
| 13 | 0,36 | 4,606 |
| 14 | 0,38 | 4,712 |
| 15 | 0,42 | 4,854 |
| 16 | 0,46 | 4,993 |
| 17 | 0,50 | 5,132 |
| 18 | 0.60 | 5,449 |
| 19 | 0,70 | 5,782 |
| 20 | 0,80 | 6,077 |
| 21 | 0.90 | 6,338 |
| 22 | 1.00 | 6,588 |
| 23 | 1.10 | 6,693 |
| 24 | 1,20 | 6,751 |
Der Modellaufbau ist nachfolgend abgebildet.
Die experimentellen Ergebnisse des AIJs wurden auf deren Website zur Verfügung gestellt [1].
Die dargestellten Daten der AIJ-Simulation wurden mit dem ENGAUGE Digitizer [2] z wykresów publikacji [1] ermittelt, da die exakten Werte hierfür nicht publiziert wurden.
Die Genauigkeit der extrahierten Punkte sollte aber dennoch hinreichend genau (im Bereich +- 0,5%) und demnach gut vergleichbar sein.
Ergebnisse und Diskussion
Als Visualisierung der Strömungsgeschwindigkeit entlang der Auswertungskurven wurde der Plot der originalen Publikation nachgestellt [1].
Następnym krokiem jest wprowadzenie Diagramm die Ergebnisse der RWIND Simulation zur besseren Vergleichbarkeit eingetragen.
Allgemein lässt sich beobachten, dass die Simulationsergebnisse aus RWIND besser mit dem Benchmark übereinstimmen als die Referenzsimulation je weiter sich der jeweilige Messpunkt vom Probekörper entfernt befindet. Ersichtlich ist das in der 8ten und 9ten Auswertungsgerade von links.
Auch entlang der 5ten AUswertungsgerade konnte konsistent über verschiedene Netzdichten und Netzverdichtungen der Referenzsimulation überlegene Ergebnisse reproduziert werden.
Ledglich in den Bereichen von 0 bis etwa 50% der Gebäudehöhe ist in RWIND eine starke Abweichung entlang der 6ten und 7tem Auswertungserade von links zu beobachten. Eine abgewandelte Netzverdichtung um diesen Bereich konnte den Ausschlag der Strömungsgeschwindigkeit zwar verändern, aber nicht unbedingt verbessern. Eine weniger dichtere Vernetzung verbresserte die Übereinstimmung in geringer Höhe, verschlechterte diese aber in mittlerer und hoher Höhe.
Außerdem steigt die Strömungsgeschwindigkeit an parallel umströhmten Seiten wesentlich steiler anzusteigen als in der Referenzsimulation. Dieser Unterschied ist vermutlich auf das "shrink-wrap-mesh" in RWIND zurückzuführen da eine Steigerung des Detailgrades oder Verkleinerung der Elemente der Effekt reduziert werden connte. Da im Referenzmodell der Körper direkt vernetzt wurde tritt der Effekt dort nicht auf. Niezgodność z anomalią wymaga zmiany w danych eksperymentalnych.
In Summe sind die Ergebnisse für den Druckbereich als sehr gut zu bewerten. Im starken Sogbereich zeigen sich zawiasgen Schwächen auf. Denn noch zeigt auch der Sogbereich, gerade in größerer Entfernung zum Gebäude eine sehr gute Übereinstimmung mit dem expertellen Benchmark.
Ein konkreter Grund für den deutlichen Unterschied konnte nicht ausgemacht werden, ein anderes Turbulenzmodell oder eine feiner aufgelöste Untersuchung wären potentielle Ansätze.
Zusätzlich znajduje się w oryginale Publikation die Strömungseschwindigkeiten in der xy-Ebene in einer Höhe von z/b=1.25 also 0.1km ausgewertet.
Diese Untersuchung wurde auch in RWIND unternommen, auch hierfür wurde entlang von Geraden der Strömungstensor ausgewertet. Die folgende Abbildung zeigt die Position dieser Geraden. Die Abstände der Linien zueinander wurden dabei wieder aus den veröffentlichten Ergebnissen [2] entnommen und sind identisch zum Modellaufbau im Bild weiter oben.
Die Ergebnisse hiervon sind im folgenden Plot im selben Stile wie die Längsbetrachtung dargestellt. Die Farbgebung wurde kongruent gehalten.
Die oberseitige Betrachtung bestätigt die längsseitige Betrachtung. Die Ergebnisse der RWIND Simulation skorelować gut mit dem experimentellen Benchmark und der CFD-Simulation. Außer der oben beschriebenen Beobachtung bezüglich parallel umströmten Flächen, zeigen sich keine essentialen Schwächen der Simulation in RWIND.
Für einen anschaulicheren Vergleich der Referenzsimulation mit den RWIND Ergebnissen bietet sich eine Betrachtung der Strömungsgeschwindigkeiten als Flaschfarbenbild an. Der betrachtete Ausschnitt um das Gebäude wurde dem der Autoren angepasst [1].Aus Urheberrechtsgründen werden an dieser Stelle die Falschfarbenbilder nicht Seite an Seite verglichen. Das Resultat ist nachfolgend abgebildet.
Auch hier zeigt sich eine sehr gute Übereinstimmung mit der Literatursimulation. Die auftretenden Abweichungen ergeben sich ausschließlich im bereits theatisierten Sogbereich.
Zusammenfassung
Abschließend bleibt festzuhalten, dass eine sehr gute Übereinstimmung von RWIND Simulation und STREAM-Simulation der Literatur sowie des zugrundeliegenden Experiments herrscht. W Druckbereich trifft RWIND das Experiment tendenziell besser, besser w Sogbereich STREAM das Experiment besser abbilden kann.
[1] https://www.aij.or.jp/jpn/publish/cfdguide/index_e.htm
[2] https://markummitchell.github.io/engauge-digitizer/
.png?mw=350&hash=a9341df5ec72cfc220da62b9a5805c34e3e69336)
