Tamanho de túnel de vento recomendado compatível com o Eurocódigo (EN 1991-1-4)

Artigo técnico sobre o tema análise estrutural e utilização do software Dlubal

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Artigo técnico

O tamanho do domínio computacional (tamanho do túnel de vento) é um aspeto importante da simulação de vento que tem um impacto significativo na precisão e no custo das simulações CFD.

Nos últimos anos, tem havido um aumento no interesse na utilização da dinâmica de fluidos computacional, conhecida como CFD, para o dimensionamento de estruturas susceptíveis ao vento. Isto deve-se ao facto de os avanços na potência dos computadores terem tornado a solução para problemas de fluxo complicados relativamente barata. O tamanho do domínio computacional é um aspeto importante com um impacto significativo na precisão e no custo das simulações CFD.

As equações fundamentais do fluxo são discretizadas e resolvidas numa área volumétrica fora do modelo de edifício, a qual é conhecida como domínio computacional (Figura 1). Os limites de um domínio de paralelepípedo típico têm um total de seis contornos. Estas bordas, com exceção da parte inferior do domínio, são essencialmente não físicas; por isso, os seus efeitos na área de fluxo são uma fonte de erros de simulação (doravante denominados erros de domínio). É importante colocar as barreiras não físicas suficientemente longe da estrutura para minimizar os efeitos importantes nos resultados. O custo computacional do modelo pode aumentar se as extremidades forem posicionadas muito longe. O tamanho do domínio computacional precisa ser otimizado tendo em mente o custo computacional e a precisão da solução [1].

Recomendações das práticas de engenharia eólica computacional (CWE) [2] [3] reconhecem a importância de um domínio computacional com um tamanho apropriado para a precisão da solução. Estas recomendações ligam erros de domínio a problemas semelhantes com testes em túnel de vento, tais como efeitos de bloqueio em domínios com áreas de secção limitada e aceleração artificial do fluxo local em domínios com espaço insuficiente entre as bordas de domínio e o modelo de edifício. Por isso, a distância mínima entre as extremidades do domínio e o modelo de edifício e a relação de bloqueio máxima, ou uma combinação das duas, é utilizada para especificar os requisitos de tamanho [3].

Aqui está um exemplo da forma cilíndrica segundo o Eurocódigo [4] na qual são consideradas duas dimensões de domínio computacional diferentes. O primeiro caso (Figura 2) é a configuração padrão do RWIND, que é um cálculo menos preciso mas mais rápido, e o segundo é o tamanho recomendado de túnel de vento (Figura 3), que é mais preciso mas também tem um custo computacional mais alto. Por exemplo, para o tamanho padrão de túnel de vento, são necessários 23 minutos para concluir a simulação CFD, enquanto que para o tamanho de túnel de vento recomendado, são necessários 42 minutos para concluir a simulação (~80% de aumento do custo computacional). Além disso, é importante notar que a simulação foi realizada por CPU: CPU Intel(R) Xeon(R) Gold 6248R a 3,00 GHz e 128 GB de RAM para 1000 iterações.

O diagrama do coeficiente de pressão do vento (Cp) (Figura 4) mostra que o tamanho do domínio computacional pode ter um papel importante no nível de precisão dos resultados, especialmente para a área de pressão positiva. O tamanho esquemático recomendado do túnel de vento em aerodinâmica é apresentado na Figura 6 [5]. O ponto crítico é prestar atenção aos valores do campo de pressão próximo da entrada de velocidade; eles devem ser ótimos próximos de zero (Figura 5).

Autor

Mahyar Kazemian, M.Sc.

Mahyar Kazemian, M.Sc.

Marketing e engenharia de produto

O Sr. Kazemian é responsável pelo desenvolvimento de produtos e marketing da Dlubal Software, em particular do programa RWIND 2.

Referência

[1]   Abu-Zidan, Y., P. Mendis, and T. Gunawardena, Optimising the computational domain size in CFD simulations of tall buildings. Heliyon, 2021. 7(4): p. e06723.
[2]   Franke, J., et al. Best practice guideline for the CFD simulation of flows in the urban environmental summary. in 11th Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes, Cambridge, UK, July 2007. 2007. Cambridge Environmental Research Consultants.
[3]   Blocken, B., Computational Fluid Dynamics for urban physics: Importance, scales, possibilities, limitations and ten tips and tricks towards accurate and reliable simulations. Building and Environment, 2015. 91: p. 219-245.
[4]   EN 1991-1-4 (2005) (English): Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-4: General actions - Wind actions [Authority: The European Union Per Regulation 305/2011, Directive 98/34/EC, Directive 2004/18/EC]
[5]   Zhang, C., et al., Wind pressure coefficients for buildings with air curtains. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2020. 205: p. 104265.

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  • Atualizado 29 de maio de 2023

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