Descrição
Este caso de verificação, baseado no documento do WTG alemão: Fact Sheet do Comité 3 - Simulação Numérica de Escoamentos de Vento, Capítulo 9.2 (ver referências), compara cálculos de dinâmica de fluidos computacional dos coeficientes de pressão do vento com dados experimentais da base de dados aerodinâmicos da Tokyo Polytechnic University (TPU) (ver referências). A análise foca-se num modelo de edifício alto (proporção 2:1:5). Os dados do túnel de vento de camada limite da TPU – rigorosamente validados através de estudos revistos por pares e publicamente acessíveis através do seu portal de engenharia do vento – fornecem métricas de referência para avaliar a precisão da modelação de turbulência e os efeitos de sensibilidade da malha.
Enquanto o exemplo de verificação VE0311 | Comparação de Cargas de Vento em Edifício Alto a partir de Testes em Túnel de Vento e Simulação CFD utilizou a condição de fronteira de parede nutkWallFunction padrão, este exemplo avalia o desempenho da condição USpaldingWallFunction, que fornece um perfil de velocidade contínuo em toda a camada limite. Os parâmetros chave de comparação incluem os valores médios dos coeficientes de pressão em zonas críticas do edifício (face de barlavento, paredes laterais, regiões de separação a sotavento) para ambas as condições de fronteira de parede, comparados com os dados experimentais.
| Propriedades do Fluido | Viscosidade Cinemática | ν | 1.500e-5 | m2/s |
| Massa Específica | ρ | 1.250 | kg/m3 | |
| Túnel de Vento | Comprimento | Dx | 2720.000 | m |
| Largura | Dy | 900.000 | m | |
| Altura | Dz | 720.000 | m | |
| Edifício | Largura (Barlavento) | B | 80.000 | m |
| Profundidade | D | 40.000 | m | |
| Altura | H | 200.000 | m | |
| Parâmetros de Cálculo | Velocidade de Referência | uref | 22.000 | m/s |
| Altura de Referência | zref | 10.000 | m | |
| Constante de von Kármán | κ | 0.410 | ||
| Constante de Viscosidade Turbulenta | Cμ | 0.090 | ||
| Comprimento de Rugosidade Aerodinâmica da Superfície | z0 | 1.000 | m |
Solução Analítica
Não está disponível uma solução analítica. O exemplo fornece uma comparação entre os resultados da simulação CFD do RWIND e os dados experimentais (Base de Dados Aerodinâmicos da TPU).
O perfil da velocidade do vento é calculado a partir da Lei de Potência de acordo com a seguinte fórmula:
onde o expoente do perfil α é definido como
A intensidade de turbulência é obtida da Base de Dados Aerodinâmicos da TPU de acordo com o seguinte gráfico para α=0.25.
Definições da Simulação no RWIND
- Modelado no RWIND 3.07
- Tipo de simulação de escoamento transiente
- Densidade da malha de 20% com refinamentos: 5.698.702 células
- Modelo Spalart-Allmaras DDES
- Condição de fronteira de parede: USpaldingWallFunction (resultados comparados com nutkWallFunction do VE 000311)
- Condição de fronteira de entrada - perfil de velocidade e perfil de intensidade de turbulência
- Base do túnel - condição de fronteira de não deslizamento
- Paredes e topo do túnel - condição de fronteira de deslizamento
- Condição de fronteira de saída - pressão zero; gradiente de velocidade zero
- É realizado um cálculo passo-a-passo, incorporando uma entrada definida pelo utilizador da condição de fronteira de parede aplicada diretamente no ficheiro fonte. O modelo utilizado é idêntico ao do Exemplo de Verificação 0311.
Resultados
É apresentada uma comparação gráfica dos coeficientes de pressão do vento médios obtidos utilizando a condição nutkWallFunction e a condição USpaldingWallFunction nas simulações do RWIND, através das superfícies de barlavento, sotavento, direita e esquerda do edifício. Estes valores simulados são avaliados em relação aos dados médios de séries temporais medidos em pontos de teste da Base de Dados Aerodinâmicos da TPU. Globalmente, não se observa nenhum desvio significativo nos dados calculados entre os dois métodos, ilustrando a sensibilidade – e a estabilidade – da distribuição de pressão ao tratamento da condição de fronteira de parede selecionado nas diferentes zonas do edifício.
Nota: Os dados experimentais mostrados nos gráficos são representados com base em ficheiros de dados obtidos do website da TPU. No entanto, os gráficos mostrados no website da TPU correspondem aos ficheiros de dados apenas no caso da superfície de barlavento.
