Как выполнить валидацию примера в программе RWIND

Техническая статья из области расчета конструкций и использования программ Dlubal Software

  • База знаний

Техническая статья

Эта статья была переведена Google Translator

Посмотреть исходный текст

Создание контрольного примера для вычислительной гидродинамики (CFD) является важным шагом в обеспечении точности и надежности результатов моделирования. Этот процесс включает в себя сравнение результатов моделирования CFD с экспериментальными или аналитическими данными из реальных сценариев. Цель состоит в том, чтобы показать, что модель CFD может точно воспроизвести физические явления, которые она должна моделировать. В этом руководстве описаны основные шаги по разработке контрольного примера для CFD моделирования, от выбора подходящего физических сценариев до анализа и сравнения результатов. Тщательно выполняя эти шаги, инженеры и специалисты могут повысить достоверность своих моделей CFD и проложить путь к их эффективному применению в различных областях, таких как аэродинамика, аэрокосмические или экологические исследования.

Создание контрольного примера для вычислительной гидродинамики (CFD) в ветротехнике включает в себя несколько конкретных шагов, адаптированных к сложности воздушного потока и его взаимодействия с конструкциями и окружающей средой. Вот'пошаговое руководство:

1. Постановка задачи ветровой нагрузки

  • Четко укажите моделируемый сценарий ветра, например, воздушный поток вокруг зданий, мостов или других конструкций.
  • Включите подробности о рельефе, характеристиках граничного слоя воздуха и любых соответствующих коэффициентах окружающей среды.

2. Выбрать подходящий эталонный случай

  • Выберите хорошо задокументированный пример ветротехники с надежными экспериментальными или полевыми данными. Это могут быть как испытания в аэродинамической трубе, так и очные измерения.
  • Случай должен быть очень похож на ваш сценарий с точки зрения геометрии, масштаба и ветровых условий.

Для нашего текущего исследования в качестве эталонного случая была выбрана научная статья [1] из журнала University of Wind Engineering. Модель показана на рисунке 1:

3. Разработка модели CFD

  • Геометрия: создайте цифровую модель конструкции и окружающий ландшафт. Для зданий:
  • Создание сетки : создайте сетку, которая точно отражает геометрию, уделяя особое внимание областям, где ожидаются высокие градиенты потока, таким как углы и края конструкций.
  • Граничные и начальные условия: можно задать граничные условия, которые отражают профиль ветра (скорость и направление) на различных высотах, колебания температуры и условия давления.
  • Настройки решателя: выберите подходящие решатели и модели турбулентности (например, k-ε или моделирование больших турбулентностей), которые, как известно, хорошо работают при моделировании ветровых нагрузок.

Исходные допущения учитываются согласно таблице 1.

Таблица 1: Соотношение размеров и входные данные
Основная скорость ветра V 10,13 м/с
Средняя высота кровли h 6 м
Горизонтальный размер (расстояние до краёв) α 6 м
угол кровли θкровля 0 Степень
Плотность воздуха - RWIND ρ 1,25 кг/м3
Направления ветра θветер 0 Степень
Модель турбулентности - RWIND Установившаяся реакция RANS k-ω SST - -
Кинематическая вязкость (формула 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND ν 1,5*10-5 м2
Порядок схемы - RWIND Первое и второе - -
Остаточное целевое значение - RWIND 10-4 - -
Тип остатка - RWIND Давление - -
Минимальное количество итераций - RWIND 800 - -
Граничный слой - RWIND NL 10 -
Тип функции стены - RWIND Расширенный/смешанный - -

4. Запустить моделирование

  • Выполняйте моделирование с учетом как установившихся, так и переходных реакций, поскольку воздушный поток может иметь значительные изменения во времени.
  • Убедитесь, что моделирование выполняется достаточно долго, чтобы зафиксировать соответствующую динамику потока вокруг конструкций.

5. Процесс проверки

  • Сравнить с контрольными данными: Сравнивайте результаты моделирования с данными эталонного случая, уделяя особое внимание таким параметрам, как профили скорости ветра, распределение давления на конструкции или интенсивность турбулентности.
  • Анализ погрешностей: проанализируйте данные по ошибкам, чтобы оценить расхождения между вашим моделированием и эталонными данными.
  • Анализ симметрии: проверьте, как изменения в плотности сетки, граничных условиях и моделях турбулентности влияют на ваши результаты.

В нашем примере расчет чувствительность показан на рисунке 2. Результаты общих сил сопротивления исследуются для четырех различных сеток. Независимость сетки достигается при 1,6 миллиона ячеек.

6. Документация

  • Тщательно задокументируйте свою методологию, включая допущения, граничные условия и все соответствующие настройки.
  • Активируйте подробное сравнение ваших результатов с эталонными данными, уделив при этом особое внимание как совпадениям, так и расхождениям.

7. Итеративное уточнение

  • Если имеются значительные отклонения от контрольных данных, тогда уточните свою модель. Это может включать в себя настройку разрешения сетки, изменение моделей турбулентности или пересмотр граничных условий.
  • Повторяйте процесс моделирования и проверки до тех пор, пока модель не будет надежно предсказывать работу воздушного потока.

8. Рассмотрение возможностей ветровых нагрузок

  • При CFD-моделировании ветровых конструкций часто необходимо учитывать сложные явления, такие как вихреобразование, ударная нагрузка и эффекты спутного следа.
  • Городская топология, эффекты рельефа и условия стабильности ветра могут существенно влиять на ветровой поток и должны быть включены в модель, где это необходимо.

9. Результаты

Диаграмма среднего значения Cp с помощью стационарного моделирования выполняется для упрощенного и точного метода создания сетки в RWIND, а также для первого и второго метода численной схемы. Результаты показывают хорошее соответствие между экспериментальным и численным методом относительно ссылки [1]. На рисунках 3 и 4 показано среднее значение Cp через указанную линию в вертикальном и горизонтальном направлении.

10. Заключение

Этот процесс проверки имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы ваша модель CFD точно отображала сложность воздушного потока в инженерных приложениях. Это помогает укрепить доверие к результатам моделирования, которые затем можно использовать для проектных решений, оценки безопасности или дальнейших исследований. Контрольная модель доступна для скачивания здесь:

Автор

Mahyar Kazemian, M.Sc.

Mahyar Kazemian, M.Sc.

Маркетинг и разработка продуктов

Г-н Каземян отвечает за разработку продуктов и маркетинг программного обеспечения Dlubal, в частности, за программу RWIND 2.

Литература

[1]   Richards, P., R. Hoxey, and L. Short, Wind pressures on a 6 m cube. Journal of Wind engineering and industrial aerodynamics, 2001. 89(14-15): p. 1553-1564.

Добавить комментарий...

Добавить комментарий...

Контакты

Связаться с Dlubal

У вас есть дополнительные вопросы или вам нужен совет? Свяжитесь с нами по телефону, электронной почте, в чате или на форуме, или выполните поиск по странице часто задаваемых вопросов, доступной круглосуточно и без выходных.

+49 9673 9203 0

[email protected]

Онлайн-обучение | Английский

Еврокод 5 | Деревянные конструкции по норме DIN EN 1995-1-1

Онлайн-обучение 16. марта 2023 9:00 - 13:00 CET

RWIND

Автономная программа

RWIND – это программа (цифровая аэродинамическая труба) для численного моделирования воздушных потоков вокруг зданий любой геометрии с определением ветровых нагрузок на их поверхности. RWIND можно использовать как автономную программу или совместно с RFEM и RSTAB для выполнения полного расчёта и проектирования конструций.

Цена первой лицензии
2 750,00 EUR
RWIND

Автономная программа

RWIND 2 - это программа, которая использует цифровую аэродинамическую трубу для численного моделирования потоков ветра.

Цена первой лицензии
3 750,00 EUR