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Neste exemplo, vamos calcular pressões locais, pressões médias e estudos de parâmetro para o projeto preliminar com métodos mais precisos, como o URANS transitório.
Este exemplo pertence ao Grupo 2, de acordo com a Figura 2.2 no WTG-Merkblatt-M3:
- G2: Valores absolutos com requisitos de precisão média. A área de aplicação pode incluir parâmetros ou estudos preliminares quando estão planejadas investigações futuras com precisão mais alta (por exemplo, exame em túnel de vento da classe G3).
- R2: Solitário, todas as direções de vento relevantes com resolução direcional suficientemente fina.
- Z2: Valores médios estatísticos e desvios padrão, desde que envolvam processos de fluxo estacionários, para os quais uma verificação estatística das flutuações com um fator de pico é suficiente.
- S1: Efeitos estáticos. Eles são suficientes para representar o modelo estrutural com o detalhe mecânico necessário, mas sem propriedades de massa e amortecimento.
As dimensões do exemplo são mostradas na Figura 1, e a suposição de entrada é ilustrada na Tabela 1:
Table 1: Dados de Entrada do Exemplo do Cubo 3D
| Parâmetro | Símbolo | Valor | Unidade |
|---|---|---|---|
| Velocidade Básica do Vento | V | 10.13 | m/s |
| Altura do Telhado | h | 6 | m |
| Dimensão Horizontal | α | 6 | m |
| Ângulo do Telhado | θroof | 0 | Grau |
| Densidade do Ar – RWIND | ρ | 1.25 | kg/m³ |
| Direções do Vento | θwind | 0 | Grau |
| Modelo de Turbulência – RWIND | RANS & URANS | - | - |
| Viscosidade Cinética (Equação 7:15, EN 1991-1-4) – RWIND | ν | 1.5×10⁻⁵ | m²/s |
| Ordem do Esquema – RWIND | Primeiro e Segundo | - | - |
| Valor Alvo Resíduo – RWIND | 10⁻⁴ | - | - |
| Tipo de Resíduo – RWIND | Pressão | - | - |
| Número Mínimo de Iterações – RWIND | 800 | - | - |
| Camada Limite – RWIND | NL | 10 | - |
| Tipo de Função de Parede – RWIND | Aprimorada / Misturada | - | - |
Análise de Sensibilidade
Para o exemplo atual, a análise de sensibilidade é mostrada de acordo com a Figura 2. Os resultados das forças de arrasto total são investigados para quatro diferentes números de malha. A independência da malha é obtida em 1,6 milhões de células (Malha #4).
O WTG-Merkblatt M3 fornece dois métodos principais para validar resultados de simulação. O Método de Taxa de Acerto avalia quantos dos valores simulados Pi correspondem corretamente aos valores de referência Oi dentro de uma tolerância definida, usando uma abordagem de classificação binária (acerto ou erro). Esta abordagem avalia a confiabilidade da simulação calculando uma taxa de acerto q, similar às funções de confiança usadas na teoria de confiabilidade. Em contraste, o método de Erro Quadrático Médio Normalizado (e2) oferece uma avaliação de precisão mais detalhada quantificando o desvio médio quadrático entre valores simulados e de referência, normalizado para considerar diferenças de escala. Juntos, esses métodos fornecem medidas qualitativas e quantitativas para a validação da simulação.
Resultados
O diagrama na Figura 3 apresenta a distribuição do Coeficiente de Pressão (Cp) médio e de pico ao longo de uma posição especificada em uma estrutura, comparando resultados experimentais com simulações numéricas usando vários modelos computacionais. Os dados experimentais incluem medições do estudo de campo Silsoe F-S e testes de túnel de vento (WT), enquanto as simulações são conduzidas usando os modelos RWIND RANS e RWIND URANS. O modelo URANS é subcategorizado em valores médios e de pico para analisar de forma abrangente o comportamento de pressão aerodinâmica.
A comparação na Figura 4 visa avaliar a precisão dos modelos de simulação RWIND na reprodução de resultados experimentais. Métricas estatísticas chave, como o Coeficiente de Correlação (R) e o Coeficiente de Determinação (R²), são apresentadas para quantificar a concordância entre dados simulados e experimentais, oferecendo insights sobre a confiabilidade desses modelos para análise aerodinâmica. A linha de referência diagonal representa uma correspondência perfeita entre simulação e resultados experimentais, e a proximidade dos pontos de dados a esta linha reflete a precisão de cada modelo. A diferença entre RWIND e o Eurocode é de cerca de Wrel,RANS = 11.54% e Wrel,URANS = 21.46%; então a taxa de acerto pode ser obtida como qRANS=59% e qURANS,10%=30% e qURANS,20%=63%. O erro quadrático médio normalizado é calculado respectivamente; e2RANS=0.02 e e2URANS=0.04.
O modelo está disponível para download gratuito aqui:
