User Story
Следующий пример описывает эксперименты в аэродинамической трубе, проведенные Лабораторией ветрового тоннеля Экологической науки (EWTL) в Гамбургском университете [1] в качестве случая валидации в Части 9.4 WTG-Меркблата M3. Мы собираемся использовать измеренные поля скорости и данные о шероховатости модели города Мишель (Кейс BL3-3) для валидации численных CFD-симуляций в сложных городских структурах. Этот пример может относиться к Группе 2, согласно Рисунок 2.2 в WTG-Меркблате-М3, на основе исследования среднего значения скорости ветра:
- Г2: Абсолютные значения со средними требованиями к точности: Область применения может включать параметры или предварительные исследования, когда планируются последующие исследования с более высокой точностью (например, исследование в аэродинамической трубе класса G3).
- R2: Одиночное: все значимые направления ветра с достаточно точным разрешением по направлениям.
- Z2: Статистические средние значения и стандартные отклонения: при условии, что они включают стационарные процессы потока, для которых достаточно статистической проверки флуктуаций с пиковым коэффициентом.
- S1: Статические эффекты: Они достаточны для представления конструктивной модели с необходимой механической деталировкой, но без учета масс и демпфирующих свойств.
Описание
Исследование фокусируется на идеализированной, но геометрически детализированной городской модели, размещенной в потоке атмосферного пограничного слоя. Измерения в аэродинамической трубе проводились в установке WOTAN, имеющей испытательный участок длиной 18 м, шириной 4 м и высотой 2,75-3,25 м. Соответствующее поле шероховатости было охарактеризовано длиной шероховатости z0=1,53 м и профилем с показателем α=0.27, что представляет "очень грубые" условия местности. Всего было зарегистрировано 1 838 измерительных точек для нескольких конфигураций крыш. Временные горизонтальные компоненты скоростей u и v, включая средние значения, дисперсии, корреляции и спектры, были получены с помощью 2D лазерно-допплеровского анаммометра (LDA) на частоте 500-600 Гц. Измерительные точки были распределены в вертикальных и горизонтальных профилях, в уличных каньонах и в определенных точках повторяемости. Набор данных города Мишель служит валидационным случаем (C5) согласно Руководству VDI 3783 Часть 9 [2]. Для валидации, наряду с коэффициентом совпадений, применяются относительное отклонение D=0.25 и абсолютное отклонение W=0.08, чтобы учесть повторяемость и неопределенность измерений. Этот набор данных был проверен и принят несколькими учреждениями (например, KalWin [3]) для целей CFD-валидации и сравнения моделей.
WTG-Меркблат M3 Требования к точности
WTG-Меркблат M3 предлагает два ключевых метода для валидации результатов моделирования. Метод Коэффициент совпадений оценивает, сколько из смоделированных значений Pi правильно совпадают с эталонными значениями Oi в пределах заданного допуска, используя бинарный подход классификации (попадание или промах). Этот подход оценивает надежность моделирования путем вычисления коэффициента совпадений q, аналогичного функциям доверия, используемым в теории надежности. В отличие от него, метод Нормализованной Среднеквадратичной Ошибки (e2) предлагает более детальную оценку точности, количественно определяя среднюю квадратичную разницу между смоделированными и эталонными значениями, нормализованную для учета масштабных различий. Вместе эти методы предоставляют как качественные, так и количественные меры для валидации моделирования.
Результаты и Обсуждение
[1] Руководство VDI 3783 Лист 9: Экологическая метеорология - Прогностические микроскопические модели ветровых полей - Оценка для обтекания зданий и препятствий, 2017
[2] KalWin, “Валидация прогнозирования поля потока внутри реалистической, но идеализированной городской среды с помощью OpenFOAM”, Отчет KalWin Engineering GbR, 2022, http://www.kalwin-engineering.com/wp-content/uploads/2022/10/KalWin-Report-ValidationOkt2022.pdf