Введение
В области ветротехники точное моделирование и проверка имеют решающее значение для обеспечения конструктивной целостности и аэродинамических характеристик различных конструкций, таких как антенны (рисунок 1). Из-за своей тонкой и часто гибкой конструкции, антенны особенно восприимчивы к силам, вызванным ветром, таким как вихреобразование, галопирование и вибрации. Данные динамические эффекты могут привести к значительным колебаниям конструкции, усталости материала и даже к выходу из работы, если их не учесть должным образом на этапе проектирования.
Для решения этих проблем необходима строгая проверка вычислительных моделей, чтобы убедиться, что теоретические прогнозы соответствуют реальным характеристикам. Одним из таких примеров является проверка моделирования ветровой нагрузки на антенну с помощью экспериментальных проверок и анализа вычислительной гидродинамики (CFD). Данный процесс позволяет инженерам усовершенствовать их модели, повысить точность и общую надежность антенных конструкций в различных условиях окружающей среды.
В сотрудничестве с RWTH Аахенским университетом, одним из ведущих учебных заведений в области инженерных и прикладных наук, выполняются практические исследования антенных конструкций, подверженных ветровым нагрузкам. Сочетая теоретические подходы с эмпирическими данными, исследование должно устранить разрыв между моделированием и реальностью, способствуя разработке более безопасных и устойчивых конструкций антенн. В данном исследовании подчёркивается важное значение валидации ветротехники и демонстрируется, как сотрудничество между университетами и отраслью может привести к более точным методам моделирования и улучшению характеристик конструкций в реальных условиях.
Описание работы
В данном контрольном примере исследуется коэффициент силы как для CFD моделирования в программе RWIND, так и для экспериментального исследования [1], разработанного RWTH Аахенским университетом. Центральная модель представляет собой антенну с прямоугольным сечением, расположенную над поверхностью сетки, которая служит как плоскость основания или пол аэродинамической трубы. Модель включает в себя несколько меток размеров лилового цвета, которые обозначают конкретные измерения: общая высота антенны - 0,50 м; основание поднято на 0,20 м над уровнем земли, а длина вдоль y равна 0,08 м; а верхняя ширина (в направлении x) антенны составляет 0,056 метра (рисунок 2).
Аналитическое решение и результаты
Требуемое допущение моделирования ветра показано в следующей таблице:
| Таблица 1: Соотношение размеров и входные данные | |||
| Основная скорость ветра | V | 10 | м/с |
| Размер бокового ветра | b | 0,080 | m |
| Размер по ветру | d | 0,058 | m |
| Высота | href | 0,5 | m |
| Нижний зазор | Разрыв | 0,20 | m |
| Плотность воздуха - RWIND | ρ | 1,25 | кг/м3 |
| Направления ветра | θветер | от 0o до 360o с шагом 30o | 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 | сжатие | - | - |
| Минимальное количество итераций - RWIND | 800 | - | - |
| Граничный слой - RWIND | NL | 10 | - |
| Тип функции стены - RWIND | Расширенный/смешанный | - | - |
| Интенсивность турбуленции | i | 3% | - |
Коэффициенты силы ветра для различных направлений ветра (θ = от 0o до 360o с шагом 30o ) были определены с помощью программы RWIND, как показано на рисунке 3. Результаты указывают на отклонение от экспериментальных данных, приблизительно на 8%.
Соответствующую модель антенны можно также скачать здесь:
