O seguinte artigo é sobre a comparação de um estudo de referência realizado pela Universidade de Tecnologia de Graz na Áustria [1] através de uma simulação realizada no RWIND.
No âmbito do estudo, foi analisado um cubóide num teste de túnel de vento no que diz respeito à distribuição de pressão. Em seguida, o teste foi remodelado no ABAQUS e no ANSYS e os resultados foram comparados.
Tanto o fluxo longitudinal como o transversal foram analisados utilizando dois perfis de fluxo cada. Uma vez que os resultados de ambos os perfis de vento são muito semelhantes, apenas a velocidade de entrada mais alta foi selecionada para comparação.
Tal como no estudo de referência, os valores de Cp foram avaliados na linha central vertical para os fluxos longitudinal e transversal. Na experiência, foram utilizados dados de sensores das radiossondas centrais. Abaixo, são apresentados os resultados em comparação. Os pontos das curvas do estudo de referência foram lidos pela ferramenta ENGAUGE Digitalizador e, portanto, não estão ligados entre si.
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Em primeiro lugar, pode ser visto que as três densidades de malha estão bem correlacionadas no RWIND. Por isso, não é aconselhável uma malha mais densa. As três simulações realizadas no RWIND parecem atingir melhor os pontos da referência experimental do que as simulações no ABAQUS e ANSYS. O desvio em relação aos outros dois solucionadores é muito grande, especialmente na altura média do objeto de teste.
O aumento dos valores de Cp em direção ao solo é perceptível no ABAQUS e no ANSYS. A experiência não pode confirmá-lo devido à falta de sensores colocados nessa área, mas os resultados parecem fisicamente ilógicos. No entanto, esta anomalia não é apresentada pelo RWIND. No geral, o RWIND parece atingir melhor os valores de Cp dos's experimentos, apesar das funções de abordagem mais simples e, portanto, menor esforço computacional.
Em relação ao fluxo longitudinal, podem ser retiradas as mesmas conclusões para o fluxo transversal. Os resultados da comparação estão mais próximos da referência experimental do que do fluxo longitudinal, mas os resultados do RWIND mostram um ajuste comparativamente bom. Aqui, novamente, pode ser verificada uma anomalia das curvas Cp perto do solo.
Além da avaliação na linha central vertical, a comparação fornece imagens a cores falsas para o tensor de valor Cp. Por isso, é aconselhável comparar a distribuição de Cp em diferentes superfícies.
As imagens da referência experimental devem ser vistas com cautela. Devido à distribuição relativamente grosseira dos sensores de pressão, a representação das linhas de nível é mais uma suposição do que uma medição. O valor real de Cp provavelmente será significativamente menor nas bordas, uma vez que não existem sondas nesta área crítica.
Observe que apenas metade dos intervalos de valores de cores está disponível na visualização de resultados do RWIND, bem como no ABAQUS e na análise experimental, razão pela qual os intervalos de cores devem ser comparados visualmente, ao contrário dos de serem comparadas as cores em si. Além disso, por razões de clareza, apenas é utilizada a simulação ANSYS do estudo de referência abaixo. O ANSYS tende a ter os melhores resultados, mas no geral os resultados são muito mais semelhantes do que, por exemplo, o ABAQUS e o RWIND.
Para o fluxo longitudinal da parte da frente, as conclusões dos gráficos da linha central são confirmadas. O RWIND Simulation parece atingir melhor os valores de Cp específicos sobre uma determinada área do que o ANSYS, mas a distribuição é muito semelhante em todas as imagens da amostra.
O aumento dos valores na área do solo na imagem ANSYS descrito acima também é apresentado aqui e não é confirmado pela experiência nem pelo RWIND Simulation.
Mais uma vez, é também notório que em todas as simulações o valor de Cp diminui acentuadamente em direção à borda do objeto, mas não na experiência. A diferença deve-se provavelmente à falta de sensores nesta área.
No geral, a simulação do lado da pressão no RWIND é muito convincente, especialmente no que diz respeito aos recursos e esforço de modelação relativamente baixos em comparação com outros programas.
As tendências do lado da pressão não continuam para o lado da sucção. Embora a distribuição de nível dos valores de Cp no RWIND esteja ligeiramente melhor em conformidade com a simulação do que na simulação de ANSYS, os valores específicos são significativamente mais baixos. Com exceção da borda no lado do fluxo, a distribuição de nível no RWIND tende a se conformar melhor aos testes do que o ANSYS. Nas duas simulações CFD, os mínimos locais estão na borda frontal, mas no ANSYS estão claramente concentrados e no RWIND Simulation encontram-se distribuídos sobre uma determinada área. No ANSYS é de cerca de -1,2, enquanto que no RWIND é novamente consideravelmente menor em -2,47. Aqui, o ANSYS apresenta claramente o comportamento mais físico. No final do lado mais distante do fluxo, esta tendência é diretamente invertida. Aqui, RWIND e ABAQUS estão abaixo do valor dos testes. Mais uma vez, no entanto, a observação é duvidosa devido à distribuição da sondas de pressão. O valor Cp mínimo na área do solo da simulação ANSYS segue a tendência já descrita.
No geral, o RWIND parece fornecer resultados piores do que o ANSYS ou o ABAQUS nos lados dominados pela sucção. A abordagem de elementos mais simples poderia ser a responsável. Uma análise de fluxo instável no RWIND pode abordar, por exemplo, as áreas de sucção claramente sobrestimadas.
De facto, os resultados na simulação transitória do RWIND são muito melhores. Tanto a distribuição de nível como os valores pontuais apresentam uma boa conformidade com os ensaios em túnel de vento. No entanto, uma avaliação comparativa utilizando o ANSYS não faria sentido, uma vez que está disponível um modelo de fluxo estacionário.
Para a parte traseira, que representa uma outra área de sucção, as diferenças são ainda maiores. Enquanto o ANSYS e os testes mostram uma boa conformidade, o RWIND calcula valores de Cp significativamente mais baixos e distribui-os, de acordo com a quantidade, mais elevados do que as outras duas imagens. Aqui, um cálculo de fluxo transitório fornece resultados significativamente melhores comparáveis aos do ANSYS, mas este não foi o tema da comparação.
O conhecimento adquirido com as comparações de imagens a cores falsas que mostram fluxos longitudinais também se aplica ao fluxo transversal. As imagens comparativas do fluxo lateral são apresentadas abaixo, mas não são descritas em detalhe devido à duplicação.
