Описание
Данный верификационный пример, основанный на документе немецкого WTG: Fact Sheet of Committee 3 - Numerical Simulation of Wind Flows, Глава 9.2 (см. ссылки), сравнивает результаты расчетов вычислительной гидродинамики для коэффициентов ветрового давления с экспериментальными данными из аэродинамической базы данных Токийского политехнического университета (TPU) (см. ссылки). Анализ фокусируется на модели высотного здания (соотношение 2:1:5). Данные пограничного слоя в аэродинамической трубе TPU – строго верифицированные в рецензируемых исследованиях и находящиеся в открытом доступе через их портал ветроинженерных расчетов – предоставляют эталонные показатели для оценки точности моделирования турбулентности и влияния чувствительности сетки.
В то время как в верификационном примере VE0311 | Сравнение ветровых нагрузок на высотное здание по данным аэродинамической трубы и CFD-моделирования использовалась стандартная nutkWallFunction, в данном примере оценивается производительность USpaldingWallFunction, которая обеспечивает непрерывный профиль скорости по всему пограничному слою. Ключевые сравниваемые параметры включают средние значения коэффициентов давления в критических зонах здания (наветренная сторона, боковые стены, подветренные зоны отрыва) для обеих пристеночных функций в сравнении с экспериментальными данными.
| Свойства жидкости | Кинематическая вязкость | ν | 1.500e-5 | м2/с |
| Плотность | ρ | 1.250 | кг/м3 | |
| Аэродинамическая труба | Длина | Dx | 2720.000 | м |
| Ширина | Dy | 900.000 | м | |
| Высота | Dz | 720.000 | м | |
| Здание | Ширина (размер в плане) | B | 80.000 | м |
| Глубина (размер в плане) | D | 40.000 | м | |
| Высота | H | 200.000 | м | |
| Параметры расчета | Опорная скорость | uref | 22.000 | м/с |
| Опорная высота | zref | 10.000 | м | |
| Постоянная фон Кармана | κ | 0.410 | ||
| Константа турбулентной вязкости | Cμ | 0.090 | ||
| Аэродинамическая шероховатость | z0 | 1.000 | м |
Аналитическое решение
Аналитическое решение отсутствует. В примере приводится сравнение результатов CFD-моделирования в RWIND и экспериментальных данных (аэродинамическая база данных TPU).
Профиль скорости ветра рассчитывается по степенному закону в соответствии со следующей формулой:
где показатель степени профиля α определяется как
Интенсивность турбулентности берется из аэродинамической базы данных TPU в соответствии со следующим графиком для α=0.25.
Настройки моделирования в RWIND
- Моделирование выполнено в RWIND 3.07
- Тип моделирования: нестационарное течение
- Плотность сетки 20% с уточнениями: 5 698 702 ячейки
- Модель Spalart-Allmaras DDES
- Пристеночная функция: USpaldingWallFunction (результаты сравниваются с nutkWallFunction из ПВ 000311)
- Входное граничное условие – профиль скорости и профиль интенсивности турбулентности
- Дно трубы – граничное условие прилипания
- Стенки и верх трубы – граничное условие скольжения
- Выходное граничное условие – нулевое давление; нулевой градиент скорости
- Выполняется пошаговый расчет, включающий ввод определенной пользователем пристеночной функции непосредственно в исходный файл. Используемая модель идентична модели в верификационном примере 0311.
Результаты
Представлено графическое сравнение средних коэффициентов ветрового давления, полученных с использованием nutkWallFunction и USpaldingWallFunction при моделировании в RWIND, по наветренной, подветренной, правой и левой поверхностям здания. Эти расчетные значения сопоставляются со средними данными временных рядов, измеренными в контрольных точках из аэродинамической базы данных TPU. В целом, значительного отклонения в расчетных данных между двумя методами не наблюдается, что иллюстрирует чувствительность и стабильность распределения давления к выбранной обработке пристеночной функции в различных зонах здания.
Примечание: Экспериментальные данные, показанные на графиках, построены на основе файлов данных, полученных с веб-сайта TPU. Однако графики, представленные на веб-сайте TPU, совпадают с файлами данных только для наветренной поверхности.
