Poniższy artykuł dotyczy porównania badania referencyjnego przeprowadzonego przez Graz University of Technology w Austrii [1] za pomocą imitacji przeprowadzonej w RWIND.
W ramach badań przeanalizowano prostopadłościan w tunelu aerodynamicznym pod kątem rozkładu ciśnień. Następnie przemodelowano test w programach ABAQUS i ANSYS i porównano wyniki.
Zarówno podłużny, jak i poprzeczny przepływ zostały przeanalizowane przy użyciu dwóch profili przepływu. Ponieważ wyniki dla obu profili wiatru są bardzo podobne, do porównania wybrano tylko wyższą prędkość na wlocie.
Podobnie jak w badaniu referencyjnym, wartości Cp zostały oszacowane na pionowej linii środkowej dla przepływu podłużnego i poprzecznego. W eksperymencie wykorzystano dane z czujników centralnych radiosond. Poniżej przedstawiono porównanie wyników. Punkty krzywych z badania referencyjnego zostały odczytane przez narzędzie ENGAUGE Digitizer i dlatego nie zostały ze sobą połączone.
Przede wszystkim można zauważyć, że wszystkie trzy gęstości siatki są dobrze skorelowane w RWIND. Dlatego nie zaleca się gęstszej siatki. Wydaje się, że trzy symulacje przeprowadzone w programie RWIND osiągają wyniki z eksperymentalnego punktu odniesienia lepiej niż symulacje w programach ABAQUS i ANSYS. Odchylenie od pozostałych dwóch solwerów jest bardzo duże, szczególnie na średniej wysokości obiektu testowego.
Wzrost wartości Cp' względem podłoża jest zauważalny w programach ABAQUS i ANSYS. Eksperyment nie może tego potwierdzić ze względu na brak czujników umieszczonych w tym obszarze, ale wyniki wydają się fizycznie nielogiczne. RWIND nie pokazuje jednak tej anomalii. Ogólnie rzecz biorąc, RWIND wydaje się lepiej osiągać wartości Cp eksperymentu 's, pomimo prostszych funkcji podejścia, a tym samym mniejszego wysiłku obliczeniowego.
W odniesieniu do przepływu podłużnego, te same wnioski można wyciągnąć dla przepływu poprzecznego. Wyniki porównania są bliższe wzorcowi doświadczalnemu niż dla przepływu podłużnego, ale wyniki RWIND wykazują porównywalnie dobre dopasowanie. Tutaj ponownie można zaobserwować anomalię krzywych Cp w pobliżu ziemi.
Oprócz oceny na pionowej linii środkowej, porównanie zapewnia obrazy w fałszywych kolorach dla tensora wartości Cp. Dlatego zaleca się porównanie rozkładu Cp na różnych powierzchniach.
Obrazy wzorca doświadczalnego należy oglądać z ostrożnością. Ze względu na stosunkowo zgrubny rozkład czujników ciśnienia, odwzorowanie linii poziomu jest bardziej założeniem niż pomiarem. Rzeczywista wartość Cp będzie prawdopodobnie znacznie niższa na krawędziach, ponieważ w tym krytycznym obszarze nie ma sond.
Należy zauważyć, że na ekranie wyników RWIND dostępnych jest tylko o połowę mniej dyskretnych zakresów wartości koloru niż w ABAQUS i w analizie eksperymentalnej, dlatego wizualnie należy porównać mniej kolorów niż odpowiadających im zakresów wartości. Ponadto, w celu zachowania przejrzystości, poniżej zastosowano jedynie symulację ANSYS z badania referencyjnego. ANSYS ma zwykle lepsze wyniki, ale ogólnie wyniki są znacznie bardziej podobne niż na przykład ABAQUS i RWIND.
Dla przepływu podłużnego od strony czołowej, wyniki z wykresów linii środkowej zostały potwierdzone. Symulacja RWIND wydaje się osiągać określone wartości Cp na pewnym obszarze lepiej niż ANSYS, ale rozkład jest bardzo podobny we wszystkich przykładowych obrazach.
Opisany powyżej wzrost wartości w obszarze podłoża na obrazie ANSYS jest również pokazany tutaj i nie został potwierdzony ani w eksperymencie, ani w RWIND.
Znów można zauważyć, że we wszystkich symulacjach wartość Cp gwałtownie spada w kierunku krawędzi obiektu, ale nie w eksperymencie. Różnica prawdopodobnie wynika z braku czujników w tym obszarze.
Podsumowując, symulacja strony ciśnienia w programie RWIND jest bardzo przekonująca, zwłaszcza w odniesieniu do stosunkowo niewielkich zasobów i pracochłonności modelowania w porównaniu z innymi programami.
W przypadku strony ssącej trendy strony ciśnieniowej nie są kontynuowane. Podczas gdy rozkład poziomów wartości Cp w RWIND jest nieco lepiej zgodny z symulacją niż symulacja ANSYS, konkretne wartości są znacznie niższe. Z wyjątkiem krawędzi po stronie przepływu, rozkład poziomów w RWIND jest bardziej zgodny z wynikami testów niż w ANSYS. W obu symulacjach CFD lokalne minima znajdują się na przedniej krawędzi, ale są wyraźnie skoncentrowane w ANSYS i rozłożone na określonym obszarze w RWIND. W ANSYS wynosi on około -1,2, podczas gdy RWIND jest ponownie znacznie niższy i wynosi -2,47. Tutaj ANSYS wyraźnie pokazuje bardziej fizyczne zachowanie. Na końcu przeciwległej strony przepływu' trend ten jest bezpośrednio odwrócony. Tutaj RWIND i ABAQUS są poniżej wartości testów. Ponownie jednak obserwacja ta jest wątpliwa ze względu na rozmieszczenie sond ciśnieniowych. Minimum Cp w obszarze podłoża symulacji ANSYS jest zgodne z już opisanym trendem.
Ogólnie rzecz biorąc, RWIND wydaje się zapewniać gorsze wyniki niż ANSYS lub ABAQUS w przypadku stron zdominowanych przez ssanie. Możliwe, że odpowiedzialne za to podejście może być prostsze podejście elementowe. Analiza przepływu niestacjonarnego w RWIND może na przykład dotyczyć wyraźnie zawyżonych obszarów ssania.
W rzeczywistości wyniki symulacji niestacjonarnego przepływu RWIND' są znacznie lepsze. Zarówno rozkład poziomów, jak i wartości punktowe wykazują dobrą zgodność z testami w tunelu aerodynamicznym. Jednak ocena porównawcza przy użyciu ANSYS nie miałaby sensu, ponieważ dostępny jest tam stacjonarny model przepływu.
W przypadku tylnej strony, stanowiącej inny obszar ssania, różnice są jeszcze większe. Podczas gdy ANSYS i testy wykazują dobrą zgodność, RWIND oblicza znacznie niższe wartości Cp i rozkłada je, w zależności od ilości, wyżej niż pozostałe dwa obrazy. Tutaj znowu, obliczenia przepływu nieustalonego zapewniają znacznie lepsze wyniki porównywalne z ANSYS, ale nie było to przedmiotem porównania.
Wiedza uzyskana z porównań fałszywych kolorów obrazów przedstawiających przepływy podłużne odnosi się również do przepływu poprzecznego. Porównawcze obrazy przepływu bocznego są pokazane poniżej, ale nie są opisane szczegółowo ze względu na duplikację.
.png?mw=350&hash=a9341df5ec72cfc220da62b9a5805c34e3e69336)
