Описание работы
Доступные нормативы, такие как EN 1991-1-4 {%/#Refer [1]]], ASCE/SEI 7-16 и NBC 2015, представили параметры ветровой нагрузки, такие как коэффициент давления ветра (Cp ) для основных форм. Важным моментом является то, как быстро и точно рассчитать параметры ветровой нагрузки, а не работать по трудоемким, а иногда и сложным формулам в нормативах.
Одним из важных моментов в моделировании CFD является нахождение точных и совместимых конфигураций относительно входных данных, таких как модели турбулентности, профиль скорости ветра, интенсивность турбулентности, условия пограничного слоя, порядок дискретизации и т.д., которые не упомянуты в Еврокоде. В данном примере для формы цилиндра мы рекомендуем использовать совместимые настройки с нормой Еврокод. Как показано в норме EN 1991-1-4, в ней применяются сложные формулы для получения значения Cp применительно к различным числам Рейнольдса.
Аналитическое решение
Размер цилиндра, как показано на рисунке 1, рассчитан для числа Рейнольдса (Re= 2*106 ) на основе уравнения 7.15 (EN 1991-1-4), где b - диаметр, ν - кинематическая вязкость воздухе (ν=15*10-6 м2/с), v(ze ) - пиковая скорость ветра:
Ниже приводятся допущения и рекомендуемые настройки (таблица 1), которые лучше всего соответствуют Cp и значению коэффициента силы, например, Еврокоду:
| Скорость ветра | V | 30 | м/с |
| Число Рейнольдса (формула 7.15, EN 1991-1-4) | Re | 2*106 | - |
| Высота | [LinkToImage03] | 1 | m |
| Диаметр | d | 1 | m |
| Положение минимального разделения давления/потока (таблица 7.12, EN 1991-1-4) | αmin/αA | 80/120 | Степень |
| Значение коэффициента минимального давления (таблица 7.12, EN 1991-1-4) | Cp0,min | -1,9 | - |
| Коэффициент базового давления (таблица 7.12, EN 1991-1-4) | Cp0,h | -0,7 | - |
| Коэффициент заполнения (формула 7.28, EN 1991-1-4) | φ | 1 | - |
| Эффективная гибкость (таблица 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 1 | - |
| Коэффициент конечного эффекта (Рисунок 7.36 - Формула 7.17, EN 1991-1-4) | ψλ - ψλa | 0,6-(0,6-1) | - |
| Коэффициент силы (рисунок 7.28, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 0,55 | - |
| плотность воздуха | ρ это | 1,25 | кг/м3 |
| Модель турбулентности | Устойчивая RANS k-ω SST | - | - |
| Кинематическая вязкость (формула 7.15, EN 1991-1-4) | ν | 1.5*10-5 | м2/с |
| Порядок схемы | Второй | - | - |
| Остаточное целевое значение | 10-5 | - | - |
| Тип остатка | Давление | - | - |
| Минимальное количество итераций | 800 | - | - |
| Граничный слой | NL | 10 | - |
| Тип функции стены | Расширенный/смешанный | - | - |
| Интенсивность турбулентности (наилучшее соответствие) | i | 7,5%-15% | - |
Результаты
Наконец, контур Cp для интенсивности турбулентности 7,5% (рисунок 2) и диаграмма для различной интенсивности турбулентности показаны на рисунке 3, на котором показано I=7,5% лучшего соответствия при расчете среднего коэффициента давления ветра. Для другого критерия (коэффициент силы Cf,0 в таблице 2), который может быть получен относительно рисунка 7.28 в норме EN 1991-1-4, ближе к примеру Еврокода значение 15%.
| Интенсивность турбулентности (%) | Fd (Н) | ρ (кг/м3 ) | u (м/с) | A (м2 ) | Cf,0 |
| 1,00 | 253 | 1,25 | 30 | 1 | 0,45 |
| 5,00 | 226 | 1,25 | 30 | 1 | 0,40 |
| 7,50 | 253 | 1,25 | 30 | 1 | 0,46 |
| 10,00 | 257 | 1,25 | 30 | 1 | 0,46 |
| 15,00 | 303 | 1,25 | 30 | 1 | 0,54 |
| 20.00 | 328 | 1,25 | 30 | 1 | 0,58 |
| 25,00 | 361 | 1,25 | 30 | 1 | 0,64 |
| Еврокод | - | - | - | - | 0,55 |
Данную цилиндрическую модель с рекомендуемыми настройками можно также скачать здесь:
