Описание
Этот пример основан на тесте атмосферного пограничного слоя (APL) из документа немецкой WTG: Информационный лист Комитета 3 - Численное моделирование ветровых потоков, Глава 9.1 (см. ссылки). Это расширение примера VE0309 - Тест атмосферного пограничного слоя.
В данном случае на нижней стенке используется граничное условие шероховатой поверхности, и результаты сравниваются с гладкой поверхностью. В следующей статье показано развитие скорости, кинетической энергии турбулентности и скорости диссипации турбулентности для категории местности 0, определенной в EN 1991-1-4. Используется вертикально анизотропная турбулентность согласно главе 6.3.1 и модель RANS k-ω SST турбулентности.| Свойства жидкости | Кинематическая вязкость | ν | 1.500e-5 | м2/с |
| Плотность | ρ | 1.250 | кг/м3 | |
| Аэродинамическая труба | Длина | Dx | 800.000 | м |
| Ширина | Dy | 80.000 | м | |
| Высота | Dz | 300.000 | м | |
| Параметры расчета | Референтная скорость | uref | 20.000 | м/с |
| Референтная высота | zref | 10.000 | м | |
| Константа фон Кармана | κ | 0.410 | ||
| Константа турбулентной вязкости | Cμ | 0.090 | ||
| Параметры шероховатости | Аэродинамическая длина шероховатости | z0 | 0.003 | м |
| Константа шероховатости | Cs | 0.500 |
Аналитическое решение
Аналитическое решение не доступно. Пример предоставляет обзор развития выбранного поля величин в пустой аэродинамической трубе с шероховатой поверхностью на нижней стенке.
Профиль скорости ветра рассчитывается по следующему уравнению:
где u* - это скорость трения, определяемая как:
Профиль турбулентности k определяется по следующему уравнению:
Профиль турбулентности ω рассчитывается по следующему уравнению:
Для эквивалентной шероховатой поверхности высота шероховатости песчинки должна быть рассчитана по следующей формуле:
Настройки симуляции RWIND
- Моделировано в RWIND 3.03.0220
- Тип симуляции - стационарное течение
- Плотность сетки составляет 28%: 2,482,465 ячеек
- Количество пограничных слоев трубы - 10
- Высота первой ячейки на дне - 0.046 м
- y+ колеблется от 800 до 1000
- Модель турбулентности RANS k-ω SST
- Входное граничное условие - ABL v, k, ω; нулевой градиент давления
- Нижняя часть трубы - граничное условие без скольжения с функцией стены для ограничения вязкости турбулентности (песчаная шероховатость) - nutkRoughWallFunction в OpenFOAM
- Стены и верх трубы - граничное условие скольжения
- Выходное граничное условие - нулевое давление; нулевой градиент скорости
Результаты
В следующем графике показано сравнение поведения воздушного потока (развитие скорости, кинетической энергии турбулентности и скорости диссипации турбулентности) для шероховатых и гладких поверхностей.
