В этой статье описывается моделирование вихревой дорожки Кармана в программе RWIND.
В некоторых диапазонах чисел Рейнольдса за узкими, но высокими объектами образуется улица вихрей. Эти вихри могут оказывать влияние на ветровые нагрузки на окружающие здания, особенно в районах с большим количеством высотных зданий и тенденцией к развитию узких небоскребов. Далее показано образование вихрей в зависимости от числа Рейнольдса по [1].
Хорошо известная вихревая улица развивается на основе числа Рейнольдса, равного около 100. Когда число увеличивается, поток становится турбулентным. До сих пор удовлетворительные результаты были достигнуты только в слишком большом диапазоне чисел Рейнольдса. Ниже приведен пример, где Re = 10e7.
Следовательно, скорость на входе должна быть намного выше расчетной, чтобы вызвать желаемое поведение. Точная предельная скорость может быть определена теоретически, но для этого потребуется много отдельных моделей (даже для линейно увеличивающегося профиля ветра), от которых по причинам времени отказались. Кроме того, частота образования вихрей не соответствует теории. Поскольку частота разделения зависит от числа Струхаля и, следовательно, от скорости потока, такого поведения следовало ожидать.
Вероятно, наиболее важным фактором, влияющим на правильное формирование вихревой дорожки, является плотность сетки. В целях экономии ресурсов плотность сетки в RWIND уменьшается за счет увеличения расстояния от анализируемого объекта в аэродинамической трубе. Это упрощение очень полезно для отдельных зданий, но затрудняет моделирование вихревой улицы Кармана. Поэтому уточнение сетки имеет смысл, например, для сечения над высотой конструкции ' по всей длине аэродинамической трубы, начиная с глубины конструкции '. Эффект от такой обработки показан ниже.
В контексте настоящего анализа не было учтено, в какой степени измельчение сетки влияет на предельное давление на окружающие здания. Это требует дальнейшего анализа с помощью моделирования в будущем.
Благодаря адаптированной расцветке и усовершенствованной сетке, получается следующая картина. Слегка наклонный обзор позволяет лучше различать разные оттенки красного.
Что интересно, так это направление векторов скорости. Наибольшая турбулентность, которая находится непосредственно за конструкцией, показывает желаемое хаотическое распределение векторов направления, чего можно было бы ожидать от вихря. Однако более мелкие вихри на большем расстоянии от конструкции не проявляют такого поведения. Хотя изображение распределения абсолютных скоростей в ложных цветах может указывать на вихри меньшего размера, все векторы направления указывают в направлении притока. С точки зрения механики жидкостей, такое поведение абсурдно, но конкретную причину установить невозможно.
Дальнейшая оптимизация вихревой дорожки была бы возможна с помощью сетки, которая была бы уточнена еще раз. Также возможно, что еще более тонкое уточнение может также исправить аномалию векторов направления. Однако это отражается в значительно более высоких требованиях к памяти и вычислительным ресурсам. Было бы желательно измельчить сетку как можно меньше, но при необходимости. Для этого, вероятно, лучше всего подойдет верхняя треть цилиндра ', включая достаточное расстояние до верхних узлов.
В целом смоделированная вихревая дорожка показывает относительно хорошие результаты в отношении скорости и, следовательно, профиля давления. В деталях, таких как распределение векторов направлений и частота излучения, подход, представленный в этой статье, вероятно, не работает из-за ограничений самого решателя. Желательно повторить этот расчет с последними версиями RWIND.
[1] Изображение для вихревой улицы Кармана и числа Рейнольдса
.png?mw=350&hash=f79867dbf405d536638daef39ee25b113e6e540d)
.png?mw=512&hash=e1932d35605ba1aacc7316e251307eba638d733c)
.png?mw=600&hash=49b6a289915d28aa461360f7308b092631b1446e)
