Jak przeprowadzić przykład walidacji w RWIND

Artykuł techniczny na temat analizy statyczno-wytrzymałościowej w programach Dlubal Software

  • Baza informacji

Artykuł o tematyce technicznej

Artykuł został przetłumaczony przez Google Translator

Podgląd oryginalnego tekstu

Stworzenie przykładu walidacyjnego dla obliczeniowej mechaniki płynów (CFD) jest kluczowym krokiem w zapewnieniu dokładności i wiarygodności wyników symulacji. Proces ten polega na porównywaniu wyników symulacji CFD z danymi eksperymentalnymi lub analitycznymi uzyskanymi w rzeczywistych sytuacjach. Celem jest ustalenie, czy model CFD może wiernie odwzorować zjawiska fizyczne, które ma symulować. W tym przewodniku opisano kroki niezbędne do opracowania przykładu walidacyjnego dla symulacji CFD, od wyboru odpowiedniego scenariusza po analizę i porównanie wyników. Skrupulatnie wykonując te kroki, inżynierowie i badacze mogą zwiększyć wiarygodność swoich modeli CFD, torując drogę do ich efektywnego zastosowania w różnych dziedzinach, takich jak aerodynamika, lotnictwo i badania nad środowiskiem.

Tworzenie przykładu do walidacji dla symulacji komputerowej mechaniki płynów (CFD) w zastosowaniach inżynierii wiatrowej obejmuje kilka specyficznych kroków, dostosowanych do złożoności przepływu wiatru i jego interakcji ze konstrukcjami i środowiskiem. Oto'instrukcja krok po kroku:

1. Zdefiniuj problem inżynierii wiatrowej

  • Jasno określ symulowany scenariusz inżynierii wiatrowej, taki jak przepływ wiatru wokół budynków, mostów lub innych konstrukcji.
  • Uwzględnij szczegóły dotyczące terenu, charakterystyki atmosferycznej warstwy granicznej i wszelkich istotnych czynników środowiskowych.

2. Wybierz odpowiedni przypadek odniesienia

  • Wybierz dobrze udokumentowane studium przypadku inżynierii wiatrowej z wiarygodnymi danymi eksperymentalnymi lub terenowymi. Mogą to być testy w tunelu aerodynamicznym lub pomiary w pełnej skali.
  • Przypadek powinien bardzo przypominać scenariusz pod względem geometrii, skali i warunków wiatrowych.

W naszym obecnym badaniu jako przypadek porównawczy wybrano artykuł [1] z Journal of Wind Engineering. Model pokazano na rysunku 1:

3. Opracowanie modelu CFD

  • Geometria: Utwórz cyfrowy model konstrukcji i otaczającego terenu. W przypadku budynków można uwzględnić szczegóły, takie jak kształt, funkcje fasady i pobliskie konstrukcje.
  • Tworzenie siatki : można wygenerować siatkę, która dokładnie oddaje geometrię, zwracając szczególną uwagę na obszary, w których można spodziewać się dużych spadków przepływu, takich jak naroża i krawędzie konstrukcji.
  • Warunki brzegowe i początkowe: Zdefiniuj warunki brzegowe, które odzwierciedlają profil wiatru (prędkość i kierunek) na różnych wysokościach, wahaniach temperatury i ciśnienia.
  • Ustawienia solwera: Wybierz odpowiednie solwery i modele turbulencji (np. k-ε lub Large Eddy Simulation), o których wiadomo, że dobrze radzą sobie w symulacjach inżynierii wiatrowej.

Wstępne założenia są uwzględniane w tabeli 1.

Tabela 1: Stosunek wymiarów i dane wejściowe
Bazowa prędkość wiatru V 10,13 m/s
Średnia wysokość dachu H 6 m
Wymiar poziomy (odległość od krawędzi) α 6 m
Kąt nachylenia dachu θdach 0 Stopień
Gęstość powietrza - RWIND ρ 1,25 kg/m3
kierunki wiatru θwiatr 0 Stopień
Model turbulencji - RWIND Stan stacjonarny RANS k-ω SST - -
Lepkość kinematyczna (równanie 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND ν 1,5*10-5 m2/s
Kolejność schematów - RWIND Pierwszy i drugi - -
Pozostała wartość docelowa - RWIND 10-4 - -
Typ pozostałości - RWIND Ciśnienie - -
Minimalna liczba iteracji - RWIND 800 - -
Warstwa graniczna - RWIND NL 10 -
Typ funkcji ściany - RWIND Rozszerzone/mieszane - -

4. Uruchom symulację

  • Przeprowadzaj symulacje z uwzględnieniem zarówno analizy stanu ustalonego, jak i przejściowego, ponieważ przepływ wiatru może różnić się znacznie w czasie.
  • Symulacja powinna trwać wystarczająco długo, aby uchwycić odpowiednią dynamikę przepływu wokół konstrukcji.

5. Proces walidacji

  • Porównaj z danymi z analizy: Porównaj wyniki swojej symulacji z danymi przypadku odniesienia, koncentrując się na takich parametrach jak profile prędkości wiatru, rozkład ciśnienia na konstrukcjach i intensywność turbulencji.
  • Analiza błędów: Przeprowadź analizę ilościową, aby ocenić rozbieżności między symulacją a danymi porównawczymi.
  • Analiza wrażliwości: sprawdź, jak zmiany w gęstości siatki, warunkach brzegowych i modelach turbulencji wpływają na wyniki.

W omawianym przykładzie analizę wrażliwości pokazano na rysunku 2. Analizowane są wyniki całkowitych sił oporu dla czterech różnych oczek. Niezależność siatki uzyskuje się przy 1,6 miliona komórek.

6. Dokumentacja

  • Należy dokładnie udokumentować swoją metodologię, w tym założenia, warunki brzegowe i wszystkie istotne ustawienia.
  • Dołącz szczegółowe porównanie swoich wyników z danymi porównawczymi, podkreślając zarówno zgodność, jak i rozbieżności.

7. Zagęszczenie iteracyjne

  • Jeżeli istnieją znaczne odchylenia od danych porównawczych, należy doprecyzować model. Może to obejmować dostosowanie rozdzielczości siatki, modyfikację modeli turbulencji lub zmianę warunków brzegowych.
  • Powtarzaj proces symulacji i walidacji do momentu, aż model będzie wiarygodnie przewidywał zachowanie przepływu wiatru.

8. Uwagi dotyczące inżynierii wiatrowej

  • Symulacje CFD w inżynierii wiatrowej często muszą uwzględniać złożone zjawiska, takie jak tworzenie się wirów, podmuchów wiatru i fal aerodynamicznych.
  • Topologia miasta, wpływ ukształtowania terenu i warunki stateczności atmosferycznej mogą znacząco wpływać na przepływ wiatru i powinny zostać uwzględnione w modelu, jeśli to konieczne.

9. Wyniki

Wykres średniej wartości Cp przy użyciu symulacji statycznej jest tworzony dla uproszczonej i dokładnej metody generowania siatki w RWIND, a także dla pierwszej i drugiej metody schematu numerycznego. Wyniki wskazują na dobrą zgodność między metodą eksperymentalną a numeryczną w odniesieniu do odniesienia [1]. Rysunki 3 i 4 pokazują średnią wartość Cp na określonej linii w kierunku pionowym i poziomym.

10. Wniosek

Proces walidacji ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia, że model CFD dokładnie odzwierciedla złożoność przepływu wiatru w zastosowaniach inżynierskich. Pomaga to w budowaniu zaufania do wyników symulacji, które można następnie wykorzystać do decyzji projektowych, oceny bezpieczeństwa lub dalszych badań. Model do walidacji jest dostępny do pobrania tutaj:

Autor

Mahyar Kazemian, M.Sc.

Mahyar Kazemian, M.Sc.

Marketing i inżynieria produktu

Pan Kazemian jest odpowiedzialny za rozwój produktów i marketing oprogramowania Dlubal, w szczególności programu RWIND 2.

Literatura

[1]   Richards, P., R. Hoxey, and L. Short, Wind pressures on a 6 m cube. Journal of Wind engineering and industrial aerodynamics, 2001. 89(14-15): p. 1553-1564.

Skomentuj...

Skomentuj...

Kontakt

Skontaktuj się z firmą Dlubal

Masz dodatkowe pytania lub potrzebujesz porady? Zachęcamy do bezpłatnego kontaktu z nami drogą mailową, poprzez czat lub forum lub odwiedzenia naszej strony (FAQ).

+48 (32) 782 46 26

+48 884 794 700

[email protected]

RWIND

Program samodzielny

RWIND 2 to program (cyfrowy tunel aerodynamiczny) do numerycznej symulacji przepływu wiatru wokół budynków o dowolnej geometrii wraz z określeniem obciążeń wiatrem na ich powierzchniach. Może być używany jako samodzielny program albo z programem RFEM lub RSTAB do przeprowadzenia pełnej analizy statyczno-wytrzymałościowej i wymiarowania.

Cena pierwszej licencji
2 750,00 EUR
RWIND

Program samodzielny

RWIND 2 to program, który wykorzystuje cyfrowy tunel aerodynamiczny do numerycznej symulacji przepływu wiatru.

Cena pierwszej licencji
3 750,00 EUR