Программа RWIND Simulation предназначена, прежде всего, для быстрого расчета относительно сложных и больших моделей. Настройки по умолчанию выбраны в этой программе таким образом, что расчет на стандартном ПК можно выполнить всего за 5 минут. Полученные результаты в достаточной мере соответствуют опубликованным в выше упомянутой статье [1] и более подробно поясняются далее.
Расчетная область и сетка
Здание CAARC имеет прямоугольную призматическую форму и размеры 150 x 100 x 600 футов. Размеры упомянутой аэродинамической трубы составляют 1200 футов в высоту, а в направлении потока 4950 футов в длину и 3000 футов в ширину.
Сетка конечного объема с общим числом ячеек 540180 была локально измельчена около модели здания. Такая относительно грубая сетка обеспечит быстрое выполнение расчета. При этом в RWIND Simulation можно задать в области расчета более мелкую сетку (до 50 миллионов ячеек).
Настройка моделирования
Параметры моделирования и профиль скорости ветра на входе заданы согласно Dagnew et al. [1] и изображены на рисунке 02.
Для модели заданы следующие граничные условия.
| параметры | Верхняя, левая и правая стороны трубы | Заборное отверстие | Выход | Стены и нижняя поверхность здания |
|---|---|---|---|---|
| Скорость | Проскальзывание | профиль скорости | Нулевой градиент | 0 м/с |
| Печать | Нулевой градиент | 0 Па | Нулевой градиент | Нулевой градиент |
| интенсивность турбуленции | - | 0,15% | - | - |
Действие турбулентности задано с помощью модели k-ε, в которой интенсивность турбулентности установлена на уровне 0,15%.
Стационарный расчет
Расчет был выполнен с помощью решателя RWIND Simulation, который относится к семейству решателей OpenFOAM - SIMPLE. Речь идет о стационарном решателе для несжимаемого турбулентного потока. Весь процесс моделирования, включая создание сетки и обработку результатов, был выполнен в течение 5 минут на ПК с 8-ядерным процессором (Intel i9-9900K). В качестве критерия сходимости было установлено стандартное значение остаточного давления, равное 0,001, которое было достигнуто после 350 итераций. Если минимальное остаточное давление равно 0,0001, то оно может быть достигнуто после 700 итераций при продолжении расчета. При этом результаты, по сравнению с более высоким остаточным давлением, отличаются незначительно.
На рисунках 05–07 показано распределение давления по поверхности здания и поле скоростей вокруг здания. Для проверки и сравнения рассчитанный коэффициент давления cp сравнивается с данными, полученными в [1], на рисунках 09-11. Коэффициент cp рассчитывается следующим образом:
| p | статическое давление в точке расчета коэффициента давления |
| p∞ | Статическое давление в набегающем потоке (здесь: p∞ = 0 Па) |
| ρ это | плотность воздуха (в данном случае ρ = 1,2 кг/м³) |
| eqvh | Скорость набегающего потока на высоте здания (здесь: vH = 12,7 м/с) |
На наветренной стороне результаты в RWIND Simulation практически соответствуют экспериментальным результатам согласно Dagnew et al. [1]. На боковых и подветренной сторонах присутствуют различия от 10 до 20% между данными измерений и расчетными данными. Эти различия можно объяснить применением модели турбулентности k-ε и относительно грубой расчетной сеткой. Точность результатов можно повысить с помощью более точной модели турбулентности (LES), которая будет доступна в последующих версиях программы RWIND Simulation.
Результаты программы RWIND Simulation:
Сравнение с данными и результатами, опубликованными в [1]:
![Полученные значения коэффициентов давления Cp по периметру здания на высоте z = 2/3 H. Сравнение с результатами, полученными с помощью других численных методов, опубликованными в [1]](/ru/webimage/008688/1649533/09-en.png?mw=760&hash=b4a8c3c2aaacbbf58ff10681e4d5a21c3856ccdf)
Чтобы объяснить предыдущую диаграмму, можно добавить, что единица измерения оси абсцисс x '/Dx является результатом фактически существующей координаты x от RWIND и межцентрового расстояния от RWIND, которое составляет 100 футов.
.png?mw=760&hash=00fe383cf9651a2b30d041229f4166bc4848e09e)
Переходный расчет
Для высоких и тонких конструкций полезно смоделировать нестационарный (нестационарный) поток, чтобы учесть возможные повреждения, вызванные вихреобразованием. RWIND 2 использует «BlueDySolver» для моделирования нестационарных потоков, который был разработан на основе стандартного решателя OpenFOAM® «PimpleFoam». В рамках этого моделирования была создана 91 анимация потока за время моделирования 1200 секунд с шагом по времени 12 секунд. Программа предлагает возможность автоматически изменять эти временные срезы и сглаживать поток между двумя временными срезами с помощью линейной интерполяции таким образом, чтобы согласованная анимация потока могла отображаться в течение всего времени моделирования. Следующие анимации показывают распределение давления на поверхности здания, а также распределение скорости вокруг здания, которые были получены с помощью расчета переходных процессов.
Для сравнения результатов расчета переходных процессов с результатами стационарного расчета или с результатами Дагнью и др. [1] , коэффициент давления cp для оценочного пути, показанного на рисунке 08, также был определен для этого моделирования. На следующей диаграмме показаны все результаты.
Результаты расчета переходных процессов на наветренной поверхности также очень хорошо согласуются с результатами стационарного расчета и данными экспериментальных испытаний в аэродинамической трубе Dagnew et al. [1]. На подветренной поверхности результаты переходного течения, аналогичные таковым для установившегося течения, отличаются приблизительно на 1 м. От 10 до 20% от измеренных данных. Отклонения переходных результатов от других результатов немного больше на боковых поверхностях. С одной стороны, это может быть связано с тем, что программа RWIND Simulation использует для расчета переходных процессов другой решатель, чем для стационарного моделирования, а с другой - с постоянным дальнейшим развитием и совершенствованием программного обеспечения. Это сравнение также показывает, что модель турбулентности K-Omega обеспечивает большее согласие с экспериментальными результатами, чем модель турбулентности K-Epsilon. Кроме того, стационарное моделирование было расширено и теперь включает расчет второго порядка. Эти результаты также показаны на предыдущей диаграмме, но незначительно отличаются от результатов по первому порядку.
![Полученные значения коэффициентов давления Cp по периметру здания на высоте z = 2/3 H. Сравнение с результатами, полученными с помощью других численных методов, опубликованными в [1]](/ru/webimage/008688/1649533/09-en.png?mw=350&hash=6aa243fec883b87e53b56b7a0abc49a87c73b4cb)
