В последние годы возрос интерес к использованию вычислительной гидродинамики, известной как CFD, для проектирования конструкций, чувствительных к ветру. Это связано с тем, что достижения в области вычислительной техники сделали решение сложных задач потока относительно недорогим. Размер вычислительной области является важным аспектом, который оказывает значительное влияние на точность, а также на стоимость моделирования CFD.
Основные уравнения потока приводятся к дискретному виду и решаются в объемной области за пределами модели здания, которая называется расчетной областью (рисунок 1). Пределы типичной кубоидной области имеют в общей сложности шесть границ. Эти границы, за исключением нижней части области, по сути нефизические, вследствие чего их влияние на площадь сечения потока является источником ошибок моделирования (называемых также ошибками выхода за пределы области). Важно установить нефизические границы достаточно далеко от конструкции, чтобы свести к минимуму их влияние на результаты. Вычислительная стоимость модели может возрасти, если границы расположены слишком далеко. Размер вычислительной области должен быть оптимизирован как по стоимости вычисления, так и по точности решения, с учетом [1].
В рекомендациях по передовой практике в области вычислительного ветрового инжиниринга (CWE) [2] [3] признается значение вычислительной области соответствующего размера для точности решения. Данные рекомендации связывают ошибки выхода за пределы области с аналогичными проблемами, связанными с испытаниями в аэродинамической трубе, такими как эффекты блокирования в областях с ограниченными площадями сечения или искусственное ускорение местного потока в областях с недостаточным расстоянием между границами области и моделью здания. Следовательно, для задания требований к размерам [3] используется минимальное расстояние между границами области и моделью здания и максимальные коэффициенты загрузки или их сочетание.
Ниже приведен пример формы цилиндра по Еврокоду [4], в котором учитываются два различных размера расчетной области. Первый случай (рисунок 2) - это настройка по умолчанию программы RWIND, которая обеспечивает менее точный, но более быстрый расчет, а второй - рекомендуемый размер аэродинамической трубы (рисунок 3), который является более точным, но также требует более сложных вычислений. Например, при размере аэродинамической трубы по умолчанию, для завершения моделирования CFD требуется 23 минуты , в то время как при рекомендуемом размере аэродинамической трубы для завершения моделирования требуется 42 минуты (увеличение вычислительных затрат примерно на 80%). Также важно отметить, что моделирование выполнялось с помощью CPU: Intel(R) Xeon(R) Gold 6248R CPU @ 3.00GHz и 128 GB RAM на 1000 итераций.
Диаграмма коэффициента давления ветра (Cp) (рисунок 4) показывает, что размер расчетной области может иметь важное значение для уровня точности результатов, особенно для области положительного давления. Рекомендуемый схематический размер аэродинамической трубы для аэродинамики показан на рисунке 6 [5]. Важный момент состоит в том, чтобы обратить внимание на значения поля давления вблизи входа скорости - они должны быть оптимально близки к нулю (рисунок 5).
