Program RWIND Simulation jest przeznaczony przede wszystkim do szybkiego obliczania wyników nawet w przypadku stosunkowo złożonych i dużych modeli. Domyślne ustawienia wykorzystano do szybkiego obliczenia, których przeprowadzenie zajęło tylko 5 minut na standardowym komputerze. Uzyskane wyniki są stosunkowo zbliżone do wyników opublikowanych w powyższym artykule [1] i zostały omówione bardziej szczegółowo poniżej.
Domena obliczeniowa i siatka
Budynek CAARC ma kształt graniastosłupa o podstawie prostokątnej i wymiarach 150 ft (45,72m) na 100 ft (30,48m) na 600 ft (182,88m) - wysokość. Wymiary cyfrowego tunelu aerodynamicznego wynoszą 4950 ft (ok. 1509 m) w kierunku przepływu, 3000 ft (ok. 91,5 m) w kierunku w poziomie, a całkowita wysokość wynosi 1200 ft (ok. 365,8 m).
.png?mw=760&hash=2d553be404c4d38fadd2e09898bf30007b6f1889)
Siatka objętościowa przestrzeni przepływu została lokalnie zagęszczona w rejonie modelu budynku, a łączna liczba komórek siatki wynosiła 540,180. Chociaż RWIND Simulation umożliwia obliczenia na znacznie większym zagęszczeniu siatki (do 50 milionów komórek) do szybkich obliczeń wybrano siatkę o stosunkowo dużych oczkach.
Ustawienia symulacji
Parametry symulacji i profil prędkości wiatru na wlocie są zdefiniowane zgodnie z Dagnew i in. [1] i są przedstawione na rysunku 2.
.png?mw=760&hash=ab087d57fa42b4cae7bf9459e3f8b0ddfb17fa0c)
Modelowe warunki brzegowe opisano w tabeli 1.
| Parametry | Górna, lewa i prawa płaszczyzna | Wlot | Wylot | Ściany budynków i grunt |
|---|---|---|---|---|
| Prędkość | poślizg | profil prędkości | Gradient zerowy | 0 m/s |
| Ściskanie | Gradient zerowy | 0 Pa | Gradient zerowy | Gradient zerowy |
| Intensywność turbulencji | - | 0,15% | - | - |
Zastosowano model turbulencji k-epsilon, a intensywność turbulencji na wlocie ustawiono na 0,15%.
Obliczenia stacjonarne
Obliczenia przeprowadzono za pomocą Solvera RWIND Simulation, który należy do rodziny solwerów OpenFOAM - SIMPLE. Jest to solwer stanu ustalonego dla przepływu nieściśliwego, turbulentnego. Cała symulacja, w tym generowanie siatki i przygotowanie wyników, została ukończona w 5 minut na komputerze PC z 8 rdzeniami (Intel i9-9900K). Kryterium konwergencji ciśnienia rezydualnego zostało ustawione na 0,001, co jest wartością standardową dla najszybszych obliczeń i zostało osiągnięte po 350 iteracjach. Minimalne ciśnienie rezydualne wynosi 0,0001 i można je osiągnąć po 700 iteracjach podczas kontynuowania obliczeń. Jednak nie wpłynęło to znacząco na wyniki.
.png?mw=760&hash=7952f6ae53dde575713c6680df0a8631076167d5)
Rysunki od 5 do 7 pokazują rozkład ciśnienia na powierzchni budynku i pole prędkości. W celach sprawdzenia i porównania, obliczony współczynnik ciśnienia Cp jest porównywany z danymi uzyskanymi z [1] na rysunkach 9–11. Współczynnik cp oblicza się w następujący sposób:
| P | ciśnienie statyczne w punkcie, w którym ocenia się współczynnik ciśnienia |
| P∞ | Ciśnienie statyczne w wolnym strumieniu (tutaj: p∞ = 0 Pa) |
| ρ to | gęstość powietrza (tutaj ρ = 1,2 kg/m³) |
| eqvh | Prędkość swobodnego strumienia na wysokości budynku (tutaj: vH = 12,7 m/s) |
Wyniki RWIND Simulation i wyniki eksperymentów według Dagnew i in. [1] na nawietrznej powierzchni są bardzo zbliżone. Na ścianach bocznych i zawietrznych obserwuje się 10% - 20% różnicy między wynikami obliczeniowymi a pomiarami, co można wytłumaczyć zastosowanym modelem turbulencji (k-epsilon) i siatką obliczeniową o dużych oczkach. Dokładność wyników można poprawić, stosując dokładniejsze modele turbulencji (LES), które będą dostępne w przyszłych wersjach RWIND Simulation.
Wyniki RWIND Simulation:
.png?mw=760&hash=e67ffa87ceeda93869e3b790183a1fc515d51b46)
.png?mw=760&hash=2a45175e917e838a90bdfe24f200beb1e601c54f)
.png?mw=760&hash=c688a1b65dbff1c6ad1533528fcdef36f53742d4)
Porównanie z danymi i wynikami opublikowanymi w [1]:
.png)
![Wartości średnich współczynników ciśnienia Cp na obwodzie przy Z/H = 2/3. Porównanie z wynikami innych metod numerycznych opublikowanych w [1]](/pl/webimage/008688/2246789/09-en_(2).png?mw=760&hash=cfec647ababe7838bdc8ed74d35d8b1c4a57bbc5)
Dla wyjaśnienia poprzedniego wykresu można dodać, że jednostka osi odciętej x '/Dx wynika z aktualnie istniejącej współrzędnej x z RWIND i odległości osi z RWIND, która wynosi 30 m.
.png?mw=760&hash=00fe383cf9651a2b30d041229f4166bc4848e09e)
.png?mw=760&hash=0c8c349abc4c8859da0376eed8dde178d406ee3d)
Obliczenia nieustalone
W przypadku wysokich i smukłych konstrukcji warto przeprowadzić symulację przepływu nieustalonego (nieustalonego), aby uwzględnić możliwe uszkodzenia spowodowane tworzeniem się wirów. RWIND 2 wykorzystuje „BlueDySolver” do symulacji przepływów niestacjonarnych, który został opracowany na podstawie standardowego solwera OpenFOAM® „PimpleFoam”. W ramach tej symulacji utworzono 91 animacji przepływu w czasie 1200 sekund z krokiem 12 sekund. Program oferuje możliwość automatycznej zmiany tych przedziałów czasu oraz wygładzenia przepływu między dwoma przedziałami czasu za pomocą interpolacji liniowej w taki sposób, aby spójna animacja przepływu była wyświetlana w całym czasie symulacji. Poniższe animacje przedstawiają rozkład ciśnienia na powierzchni budynku oraz rozkład prędkości wokół budynku, które zostały uzyskane za pomocą obliczeń nieustalonych.
Aby porównać wyniki obliczeń nieustalonych z wynikami obliczeń stacjonarnych lub według Dagnew et al. [1] , współczynnik ciśnienia cp dla ścieżki oceny pokazanej na rysunku 08 został również wyznaczony dla tej symulacji. Poniższy diagram przedstawia wszystkie wyniki.
Wyniki obliczeń nieustalonych na powierzchni nawietrznej również bardzo dobrze zgadzają się z wynikami obliczeń stacjonarnych i eksperymentalnymi danymi z testów w tunelu aerodynamicznym, przeprowadzonymi przez Dagnew i in. [1]. Na powierzchni zawietrznej wyniki dla przepływu nieustalonego, podobnie jak dla przepływu ustalonego, różnią się o ok. 1/3. 10 do 20% z danych pomiarowych. Odchylenia wyników przejściowych od innych wyników są nieco większe na powierzchniach bocznych. Z jednej strony wynika to z faktu, że oprogramowanie RWIND Simulation wykorzystuje inny solwer do obliczeń stanów nieustalonych niż do symulacji stacjonarnej, a z drugiej strony jest to spowodowane ciągłym rozwojem i ulepszaniem oprogramowania. Porównanie to pokazuje również, że model turbulencji K-Omega zapewnia większą zgodność z wynikami eksperymentalnymi niż model turbulencji K-Epsilon. Dodatkowo symulacja stacjonarna została rozszerzona o obliczenia drugiego rzędu. Wyniki te są również pokazane na poprzednim wykresie, ale różnią się tylko nieznacznie od wyników dla pierwszego rzędu.
.png?mw=350&hash=7541b91cf5689c0485d94d61027cb54883f45f91)
.png?mw=350&hash=5e64c257d60f4119fcbcec914f27db29e780b479)
.png?mw=350&hash=dbe60bf7482ff11d658436edf4dda0e801046779)
.png?mw=350&hash=74de9875aa26ba7bdad519a5706433c510233a44)
.png?mw=350&hash=9eacf0300a83fa592b8bb8c97d83e0399b70af90)
.png?mw=350&hash=c9dc145e6b4c5536b2512b0d4c1d2c78963f8ab2)
.png?mw=350&hash=11d23153c09efc92526fdfbaea6ed5ea0c2a29bf)
![Wartości średnich współczynników ciśnienia Cp na obwodzie przy Z/H = 2/3. Porównanie z wynikami innych metod numerycznych opublikowanych w [1]](/pl/webimage/008688/2246789/09-en_(2).png?mw=350&hash=fd30bd99afd26f6c66d3925044a27566fa786da9)
