Пользовательская история
В данном примере мы рассчитаем локальные давления, усреднённые давления и проведём параметрические исследования для предварительного проектирования с использованием более точных методов, таких как нестационарный URANS.
Этот пример относится к Группе 2, согласно рисунку 2.2 в WTG-Merkblatt-M3:
- G2: Абсолютные значения со средними требованиями к точности. Область применения может включать параметрические или предварительные исследования, когда в дальнейшем планируются исследования с более высокой точностью (например, испытания в аэродинамической трубе класса G3).
- R2: Одиночное воздействие, все соответствующие направления ветра с достаточно мелким угловым разрешением.
- Z2: Статистические средние значения и стандартные отклонения, при условии, что они относятся к стационарным процессам течения, для которых достаточно статистической верификации флуктуаций с использованием пикового фактора.
- S1: Статические эффекты. Их достаточно для представления расчётной схемы конструкции с необходимой механической детализацией, но без учёта свойств массы и демпфирования.
Размеры примера показаны на рисунке 1, а исходные допущения приведены в таблице 1:
Таблица 1: Исходные данные для примера 3D-куба
| Параметр | Обозначение | Значение | Единица измерения |
|---|---|---|---|
| Базовая скорость ветра | V | 10.13 | м/с |
| Высота крыши | h | 6 | м |
| Горизонтальный размер | α | 6 | м |
| Угол наклона крыши | θroof | 0 | Градус |
| Плотность воздуха – RWIND | ρ | 1.25 | кг/м³ |
| Направления ветра | θwind | 0 | Градус |
| Модель турбулентности – RWIND | RANS & URANS | - | - |
| Кинематическая вязкость (Уравнение 7:15, EN 1991-1-4) – RWIND | ν | 1.5×10⁻⁵ | м²/с |
| Порядок схемы – RWIND | Первый и Второй | - | - |
| Целевое значение невязки – RWIND | 10⁻⁴ | - | - |
| Тип невязки – RWIND | Давление | - | - |
| Минимальное количество итераций – RWIND | 800 | - | - |
| Пограничный слой – RWIND | NL | 10 | - |
| Тип пристеночной функции – RWIND | Стандартная | - | - |
Анализ чувствительности
Для текущего примера анализ чувствительности представлен в соответствии с рисунком 2. Результаты для полных сил лобового сопротивления исследуются для четырёх различных значений количества ячеек сетки. Независимость от сетки достигается при 1,6 миллиона ячеек (Сетка №4).
WTG-Merkblatt M3 предлагает два ключевых метода валидации результатов моделирования. Метод Hit Rate (коэффициента попадания) оценивает, какая часть смоделированных значений Pi корректно совпадает с эталонными значениями Oi в пределах заданного допуска, используя подход бинарной классификации (попадание или промах). Этот подход оценивает надежность моделирования путем вычисления коэффициента попадания q, аналогично функциям доверия, используемым в теории надежности. В отличие от этого, метод Нормированной среднеквадратичной ошибки (e2) предлагает более детальную оценку точности путем количественного определения среднего квадратичного отклонения между смоделированными и эталонными значениями, нормированного для учета различий в масштабе. Вместе эти методы обеспечивают как качественную, так и количественную меру для валидации моделирования.
Результаты
На диаграмме на рисунке 3 представлено распределение среднего и пикового коэффициента давления (Cp) вдоль заданной позиции на конструкции, где сравниваются экспериментальные результаты с результатами численного моделирования с использованием различных вычислительных моделей. Экспериментальные данные включают измерения из полевого исследования Silsoe F-S и испытаний в аэродинамической трубе (WT), в то время как моделирование проведено с использованием моделей RWIND RANS и RWIND URANS. Модель URANS дополнительно разделена на средние и пиковые значения для всестороннего анализа аэродинамического поведения давления.
Сравнение на рисунке 4 направлено на оценку точности моделей моделирования RWIND при воспроизведении экспериментальных результатов. Представлены ключевые статистические метрики, такие как Коэффициент корреляции (R) и Коэффициент детерминации (R²), для количественной оценки согласия между смоделированными и экспериментальными данными, предлагая понимание надежности этих моделей для аэродинамического анализа. Диагональная опорная линия представляет идеальное совпадение между результатами моделирования и эксперимента, а близость точек данных к этой линии отражает точность каждой модели. Разница между RWIND и Еврокодом составляет около Wrel,RANS = 11.54% и Wrel,URANS = 21.46%; тогда коэффициент попадания может быть получен как qRANS=59% и qURANS,10%=30% и qURANS,20%=63%. Нормированная среднеквадратичная ошибка рассчитана соответственно; e2RANS=0.02 и e2URANS=0.04.
Модель доступна для бесплатного скачивания здесь:
