Статья посвящена сравнению контрольного исследования, проведенного Технологическим университетом Граца в Австрии [1] с имитационным моделированием, выполненным в RWIND.
В рамках исследования кубоид был протестирован на предмет распределения давления в ходе испытания в аэродинамической трубе. Затем испытания были смоделированы в программах ABAQUS и ANSYS, и выполнено сравнение результатов.
Был проанализирован как продольный, так и поперечный поток с применением двух профилей потока. Поскольку результаты обоих профилей потока весьма схожи, для сравнения была выбрана более высокая скорость на входе.
Как и в контрольном исследовании, значения Cp оценивались на вертикальной центральной линии для продольного и поперечного потока. В испытании использовались данные датчиков центрально расположенных радиоветровых зондов. Ниже приведены результаты для сравнения. Точки кривых из контрольного исследования были считаны инструментом ENGAUGE Digitizer и поэтому не связаны друг с другом.
419x
9x
1069x
21x
Прежде всего видно, что все три густоты сетки хорошо соотносятся в RWIND. Поэтому более густая сетка не рекомендуется. Три имитационные модели, выполненные в RWIND, по-видимому, лучше соответствуют точкам экспериментального исследования, чем моделирование в ABAQUS и ANSYS. Отклонение от двух других решателей очень велико, особенно на средней высоте тестового объекта.
Увеличение значений Cp по направлению вниз заметно в ABAQUS и ANSYS. Испытание не может подтвердить это из-за отсутствия датчиков в данной области, но результаты кажутся физически нелогичными. Однако в RWIND эта аномалия не показана. В целом, RWIND, по-видимому, лучше соответствует значениям Cp из исследования, несмотря на более простые функции и, следовательно, меньшие вычислительные затраты.
Для поперечного потока можно сделать такие же выводы, как и для продольного потока. Результаты сравнительной работы ближе к экспериментальным исследованиям, чем для продольного потока, но результаты RWIND показывают сравнительно точное соответствие. Здесь снова видна аномалия кривых Cp у поверхности земли.
Кроме оценки значений по вертикальной центральной линии, сравнительное исследование содержит изображения в условном цвете для тензора значений Cp. Поэтому рекомендуется выполнить сравнение распределения Cp на различных поверхностях.
Изображения экспериментального исследования следует рассматривать с осторожностью. Из-за относительно грубого распределения датчиков давления отображение линий уровня является скорее предположением, чем измерением. Реальное значение Cp, вероятно, будет значительно ниже на краях, поскольку в этой критической области нет зондов.
Обратите внимание на то, что в отображении результатов RWIND присутствует только половина цветовых характеристик для дискретных диапазонов значений по сравнению с ABAQUS и экспериментальным анализом, поэтому необходимо визуально сравнить соответствующие диапазоны значений, а не характеристики цвета. Кроме того, для наглядности далее используется только симуляция ANSYS из сравнительного исследования. ANSYS, как правило, дает лучшие результаты, но в целом результаты гораздо более схожи, чем, например, у ABAQUS и RWIND.
Для продольного потока с лицевой стороны выводы из графиков средней линии подтверждаются. Моделирование RWIND, по-видимому, обеспечивает лучшее соответствие определенных значений Cp в плоскости, чем ANSYS, но распределение очень схоже на всех образцовых изображениях.
Увеличение значений на поверхности земли на изображении ANSYS, описанное выше, также проявляется в данном случае и не подтверждается ни экспериментом, ни программой RWIND.
Опять же, следует отметить, что во всех имитационных моделях значение Cp резко уменьшается по направлению к краю объекта, но этого не происходит в эксперименте. Различие, вероятно, связано с отсутствием датчиков в этой области.
В целом, моделирование со стороны высокого давления в RWIND очень убедительно, особенно с учетом относительно небольших ресурсов и усилий по моделированию по сравнению с другими программами.
На стороне всасывания тенденции стороны давления не сохраняются. Хотя распределение значений Cp в RWIND немного лучше соответствует моделированию, чем модель в ANSYS, конкретные значения значительно ниже. За исключением края на стороне потока, распределение в RWIND имеет тенденцию лучше соответствовать испытаниям, чем ANSYS. В обоих моделях CFD локальные минимумы находятся на переднем крае, но явно сконцентрированы в ANSYS и распределены в плоскости в RWIND. В ANSYS значения составляют около -1,2, тогда как RWIND значительно ниже - -2,47. В данном случае ANSYS наглядно демонстрирует более физические характеристики. В конце подветренной стороны эта тенденция меняется на противоположную. Здесь значения RWIND и ABAQUS ниже значений испытаний. Опять же, это наблюдение сомнительно из-за распределения зондов давления. Минимум Cp в наземной зоне моделирования ANSYS следует уже описанной тенденции.
В целом, RWIND, по-видимому, дает худшие результаты, чем ANSYS или ABAQUS на сторонах, где преобладает всасывание. Возможно, причиной является более простой подход к элементам. Например, анализ нестационарного потока в RWIND мог бы решить проблему явно завышенных площадей всасывания.
Фактически, результаты моделирования нестационарного потока RWIND намного лучше. Как распределение уровней, так и значения точек хорошо соответствуют испытаниям в аэродинамической трубе. При этом сравнительная оценка с использованием ANSYS не имеет смысла, поскольку там применяется стационарная модель потока.
У задней стороны, представляющей собой другую зону всасывания, различия еще больше. В то время как ANSYS и испытания показывают хорошее соответствие, RWIND вычисляет значительно более низкие значения Cp и распределяет их, в отношении количества, выше, чем на двух других изображениях. При этом опять же, расчет нестационарного потока дает значительно лучшие результаты, сравнимые с ANSYS, однако это не было предметом сравнения.
Знания, полученные при сравнении изображений в условных цветах, показывающих продольные потоки, также применимы к поперечному потоку. Сравнительные изображения бокового потока показаны ниже, но не описаны подробно во избежание повторений.
