Descrição
No exemplo de validação atual, investigamos o coeficiente da força do vento (Cf ) de formas de cubos de acordo com a EN 1991-1-4 [1]. Existem casos tridimensionais sobre os quais explicaremos mais se na próxima parte.
Um dos pontos importantes na simulação CFD é encontrar configurações precisas e compatíveis em relação aos dados de entrada, tais como modelos de turbulência, perfil de velocidade do vento, intensidade de turbulência, condição da camada limite, ordem de discretização, etc., cujos detalhes numéricos não são mencionados no Eurocódigo. No exemplo atual para a forma cúbica, recomendamos configurações compatíveis com o Eurocódigo. Como pode ser visto na EN 1991-1-4, existem diferentes tabelas e diagramas para o cálculo estático da carga de vento.
Solução analítica
Existem categorias tridimensionais para a forma do cubo devido à relação h/d como apresentado na Figura 1 (Tabela 7.1 do Eurocódigo). Os dados de entrada para cada caso dimensional são considerados com base na Tabela 1.
Para o primeiro caso, consideramos a forma de cubo alta (h/d=5) em relação aos dados de entrada que são apresentados na tabela a seguir:
| Relação dimensional: h/d=5 | |||
| Velocidade do vento | V | 30 | m/s |
| Altura | [SCHOOL.] | 50 | m |
| Altura útil | [BUG.DESCRIPTION] | 10 | m |
| Largura | B | 12 | m |
| A relação de solidez (Eq. 7.28, EN 1991-1-4) | Φ | 1 | - |
| A esbelteza efetiva (Tabela 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 5,83 | - |
| Fator de efeito final (Fig. 7.36, EN 1991-1-4) | ψλ | 0,68 | - |
| Fator de redução (Fig. 7.24, EN 1991-1-4) | ψr | 1 | - |
| Coeficiente de força sem fluxo de extremidades livres (Fig. 7.23, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 2,30 | - |
| Coeficiente de força (Eq. 7.9, EN 1991-1-4) | Cf | 1,564 | - |
| Densidade do ar - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| Modelo de turbulência - RWIND | Estável RANS k-ω SST | - | - |
| Viscosidade cinemática (Equação 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Ordem de esquema - RWIND | 2º | - | - |
| Valor teórico residual - RWIND | 10-5 | - | - |
| Tipo de resíduo - RWIND | Pressão | - | - |
| Número mínimo de iterações - RWIND | 800 | - | - |
| Camada de fronteira - RWIND | NL | 10 | - |
| Tipo de função de parede - RWIND | Aprimorado/Combinado | - | - |
| Intensidade de turbulência (melhor ajuste) - RWIND | I | 15% | - |
Para o próximo caso, consideramos a forma de cubo de elevação central (h/d=1) devido aos dados de entrada que são apresentados na tabela a seguir:
| Relação dimensional: h/d=1 | |||
| Velocidade do vento | V | 30 | m/s |
| Altura | [SCHOOL.] | 10 | m |
| Altura útil | [BUG.DESCRIPTION] | 10 | m |
| Largura | B | 12 | m |
| A relação de solidez (Eq. 7.28, EN 1991-1-4) | Φ | 1 | - |
| A esbelteza efetiva (Tabela 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 1,66 | - |
| Fator de efeito final (Fig. 7.36, EN 1991-1-4) | ψλ | 0,62 | - |
| Fator de redução (Fig. 7.24, EN 1991-1-4) | ψr | 1 | - |
| Coeficiente de força sem fluxo de extremidades livres (Fig. 7.23, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 2,30 | - |
| Coeficiente de força (Eq. 7.9, EN 1991-1-4) | Cf | 1,426 | - |
| Densidade do ar - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| Modelo de turbulência - RWIND | Estável RANS k-ω SST | - | - |
| Viscosidade cinemática (Equação 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Ordem de esquema - RWIND | 2º | - | - |
| Valor teórico residual - RWIND | 10-5 | - | - |
| Tipo de resíduo - RWIND | Pressão | - | - |
| Número mínimo de iterações - RWIND | 800 | - | - |
| Camada de fronteira - RWIND | NL | 10 | - |
| Tipo de função de parede - RWIND | Aprimorado/Combinado | - | - |
| Intensidade de turbulência (melhor ajuste) - RWIND | I | 7,5% | - |
Para o último caso, é considerada a forma um cubo curto (h/d=0,25) devido aos dados de entrada que são apresentados na tabela a seguir:
| Relação dimensional: h/d=0,25 | |||
| Velocidade do vento | V | 30 | m/s |
| Altura | [SCHOOL.] | 2.50 | m |
| Altura útil | [BUG.DESCRIPTION] | 10 | m |
| Largura | B | 2.50 | m |
| A relação de solidez (Eq. 7.28, EN 1991-1-4) | Φ | 1 | - |
| A esbelteza efetiva (Tabela 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 2 | - |
| Fator de efeito final (Fig. 7.36, EN 1991-1-4) | ψλ | 0,63 | - |
| Fator de redução (Fig. 7.24, EN 1991-1-4) | ψr | 1 | - |
| Coeficiente de força sem fluxo de extremidades livres (Fig. 7.23, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 1,20 | - |
| Coeficiente de força (Eq. 7.9, EN 1991-1-4) | Cf | 0,756 | - |
| Densidade do ar - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| Modelo de turbulência - RWIND | Estável RANS k-ω SST | - | - |
| Viscosidade cinemática (Equação 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Ordem de esquema - RWIND | 2º | - | - |
| Valor teórico residual - RWIND | 10-5 | - | - |
| Tipo de resíduo - RWIND | Pressão | - | - |
| Número mínimo de iterações - RWIND | 800 | - | - |
| Camada de fronteira - RWIND | NL | 10 | - |
| Tipo de função de parede - RWIND | Aprimorado/Combinado | - | - |
| Intensidade de turbulência (melhor ajuste) - RWIND | I | 15% | - |
Resultados
Os resultados do coeficiente da força do vento são obtidos com diferentes relações de dimensões e diferentes intensidades de turbulência. Para o primeiro caso, que tem uma forma cúbica alta (h/d=5), o valor de Cf é apresentado na tabela seguinte:
| Intensidade de turbulência (%) (h/d=5) | Fd (N) | ρ (kg/m3 ) | u (m/s) | A (m2 ) | Cf |
| 1.00 - RODINHO | 498829 | 1,25 | 30 | 600 | 1,478 |
| 5.00 - RODINHO | 518278 | 1,25 | 30 | 600 | 1,536 |
| 7.50 - REBOQUE | 521515 | 1,25 | 30 | 600 | 1,545 |
| 10.00 - RODAR | 520397 | 1,25 | 30 | 600 | 1,542 |
| 15.00 - LEITURA | 525011 | 1,25 | 30 | 600 | 1,556 |
| 20.00 - RODAR | 533059 | 1,25 | 30 | 600 | 1,579 |
| 25.00 - LEITOR | 543164 | 1,25 | 30 | 600 | 1,609 |
| Eurocódigo | - | - | - | - | 1,564 |
Para o segundo caso, que é a forma cúbica de elevação média (h/d=1), o valor de Cf é apresentado na tabela seguinte:
| Intensidade de turbulência (%) (h/d=1) | Fd (N) | ρ (kg/m3 ) | u (m/s) | A (m2 ) | Cf |
| 1.00 - RODINHO | 97148 | 1,25 | 30 | 120 | 1,439 |
| 5.00 - RODINHO | 95497 | 1,25 | 30 | 120 | 1,415 |
| 7.50 - REBOQUE | 96420 | 1,25 | 30 | 120 | 1,428 |
| 10.00 - RODAR | 96453 | 1,25 | 30 | 120 | 1,429 |
| 15.00 - LEITURA | 96666 | 1,25 | 30 | 120 | 1,432 |
| 20.00 - RODAR | 91027 | 1,25 | 30 | 120 | 1,349 |
| 25.00 - LEITOR | 89827 | 1,25 | 30 | 120 | 1,331 |
| Eurocódigo | - | - | - | - | 1,426 |
Para o último caso, que tem uma forma cúbica baixa (h/d=0,25), o valor de Cf é apresentado na tabela seguinte:
| Intensidade de turbulência (%) (h/d=0,25) | Fd (N) | ρ (kg/m3 ) | u (m/s) | A (m2 ) | Cf |
| 1.00 - RODINHO | 2711 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,771 |
| 5.00 - RODINHO | 2692 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,766 |
| 7.50 - REBOQUE | 2671 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,760 |
| 10.00 - RODAR | 2667 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,759 |
| 15.00 - LEITURA | 2650 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,754 |
| 20.00 - RODAR | 2662 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,757 |
| 25.00 - LEITOR | 2630 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,748 |
| Eurocódigo | - | - | - | - | 0,756 |
Conclusão
Os resultados mostram uma concordância muito boa entre o coeficiente da força do vento do RWIND e a norma de vento Eurocódigo. Com base nos resultados, é especificado o valor recomendado da intensidade de turbulência para diferentes relações de dimensões. A intensidade de turbulência entre 7,5% a 15% apresenta um melhor desempenho na previsão do coeficiente da força do vento. Outro ponto importante é o tamanho do túnel de vento cujo tamanho de túnel de vento predefinido foi utilizado para os dois primeiros casos, mas para o último caso (h/d=0,25), o tamanho de túnel de vento alterado apresenta melhores resultados.
Além disso, o modelo de cubo com as configurações recomendadas está disponível para download aqui:
.png?mw=350&hash=a9341df5ec72cfc220da62b9a5805c34e3e69336)
