Описание работы
В данном контрольном примере мы исследуем значение коэффициента давления ветра (Cp ) как для общего конструктивного расчета (Cp,10 ), так и для расчета облицовки или фасада (Cp,1 ) на основе плоской кровли EN 1991-1-4 {% Японская база данных аэродинамических труб . Рекомендуемая настройка для трехмерной плоской кровли с острыми свесами будет описана в следующей части.
Ключевым фактором моделирования CFD является поиск наиболее совместимых конфигураций со нормативами в отношении входных данных, таких как модели турбулентности, профили скорости ветра, интенсивность турбулентности, условия пограничного слоя, порядок дискретизации и другие факторы. Важным моментом является то, что нормативы не охватывают информацию, необходимую для численного моделирования, например, CFD-моделирования. В текущем VE мы представили наиболее совместимые настройки RWIND на примере крыши с острыми краями EN 1991-1-4 и экспериментальные данные из Японская база данных аэродинамических труб .
Аналитическое решение и результаты
Зададим модель закрытого острого карниза согласно рисунку 1, который имеет четыре зоны (F, G, H, I). Коэффициенты внешнего давления (Cp,10 ) и (Cp,1 ) для плоских крыш приведены на рисунке 7.6 и в таблице 7.2 нормы EN 1991-1-4. Важные допущения и входные данные для программы RWIND, которая используется для численного CFD моделирования, также приведены в таблице 1.
| Таблица 1: Соотношение размеров и входные данные | |||
| Основная скорость ветра | V | 22 | м/с |
| Категория местности | 2 | - | - |
| Размер бокового ветра | b | 16 | m |
| Размер по ветру | d | 16 | m |
| Средняя высота кровли | h | 4 | m |
| угол кровли | θкровля | 0 | Степень |
| Плотность воздуха - RWIND | ρ | 1,25 | кг/м3 |
| Направления ветра | θветер | 0,15, 30, 45 | Степень |
| Модель турбулентности - RWIND | Устойчивая RANS k-ω SST | - | - |
| Кинематическая вязкость (формула 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | м2/с |
| Порядок схемы - RWIND | Второй | - | - |
| 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 | - | - |
| Интенсивность турбулентности (наилучшее соответствие) - RWIND | i | Рельеф 2 | - |
Средний коэффициент давления ветра (Cp,10 ) и (Cp,1 ) рассчитывается для всех зон, учитывая переменную скорость ветра и интенсивность турбулентности, на основе категории местности 2. Для расчета соответствующих значений (Cp,10 ) и (Cp,1 ) по норме Еврокод учитываются четыре направления ветра (θ = 0, 15, 30, 45 градусов). Контур Cp,10 показан на рисунке 2, на котором сравниваются экспериментальные данные Японской аэродинамической трубы и RWIND 2. Значения Cp,10 и Cp,1 экспериментальных данных, Еврокода и RWIND сравниваются на рисунках 3 и 4 для острой кромки. Экспериментальные значения получены вручную путем наблюдения за контурной диаграммой Cp в японской базе данных. Кроме того, скорость ветра и профиль турбулентности в RWIND задаются по формуле второго ландшафта ЕС, которая может изменяться по высоте. На рисунке 5 показано положительное Cp,1 на кровле при моделировании переходных процессов, которое не возможно при стационарном моделировании. Фактически, эффект колебания ветровой нагрузки и вихреобразования может быть лучше уловлен в моделировании переходных процессов. При выполнении моделирования ветра рассмотрим критический случай по направлению ветра для постоянной и переменной (основанной на рельефе 2) интенсивности турбулентности. Результаты показывают хорошее соответствие для большинства областей, когда профиль турбулентности близок к значениям категории «Местность 2». Существует область, называемая (I), в которой необходимо учитывать положительные и отрицательные коэффициенты давления ветра.
Заключение
В текущем примере VE мы проверили правильность среднего значения Cp для Cp,10 и Cp,1 для кровли с острым краем, которая была представлена на основе нормы EN 1991-1-4 и данных в аэродинамической трубе, разработанной в Японии данные по сравнению с RWIND 2. Результаты показывают, что рекомендуемая конфигурация RWIND хорошо сочетается с большинством зон Еврокода. Более высокая интенсивность турбулентности у вариантного профиля турбулентности в Ландшафте 2 дает более точные результаты, чем у профиля с низкой турбулентностью. Для получения экстремального значения EN 1991-1-4 важно учесть сценарий критического направления ветра и моделирование переходных процессов. Значения отклонений в основном были получены из коэффициентов надежности и статистического подхода, который представляет собой консервативный подход, используемый в нормативе.
Данную модель плоской кровли с рекомендуемыми настройками можно также скачать здесь:
