H.1.7. 多结构测量数据（WTG 示例 9.4）

用户故事

以下示例描述了汉堡大学环境风洞实验室（EWTL）进行的风洞实验，作为WTG-Merkblatt M3第9.4部分的验证案例[1]。我们将使用Michel城市模型（案例BL3-3）的测量速度场和粗糙度数据来验证复杂城市结构的数值CFD模拟。根据WTG-Merkblatt-M3中的 图 2.2 ，该示例可属于第2组，基于平均风速值的研究:

• G2: 绝对值具有中等精度要求: 应用领域可包括参数或初步研究，当计划对更高精度的研究进行后续分析时（例如，G3级别的风洞检验）。
• R2: 单独的: 所有相关风向具有足够细致的方向分辨率。
• Z2: 统计均值和标准偏差: 前提是涉及到稳态流动过程，对于这些过程，用峰值因数进行波动的统计验证是足够的。
• S1: 静态效应: 这些效应足以用必要的机械细节来表示结构模型，但不包括质量和阻尼特性。

1 “Michel City”风洞模型用于近地面流动模拟的粗糙度元素

2 用于城市地表模拟的风洞粗糙度要素(WTG 示例 9.4)

描述

调查重点是将理想化但几何详细的城市模型放置在大气边界层流中。风洞测量是在WOTAN设施中进行的，其测试段长18米，宽4米，高2.75-3.25米。相应的粗糙度场特征是粗糙度长度z₀=1.53米和代表“非常粗糙”地形条件的剖面指数α=0.27。总共为几个屋顶配置记录了1838个测量点。通过2D激光多普勒测速仪（LDA）以500-600 Hz获得时间相关的水平速度分量u和v，包括均值、方差、相关性和频谱。测量点分布在垂直和水平剖面、街道峡谷中，并设定了可重复性位置。Michel城市数据集根据VDI Guideline 3783第9部分[2]作为参考验证案例（C5）。为了验证，除了击中率外，还应用了相对偏差D=0.25和绝对偏差W=0.08，以考虑可重复性和测量不确定性。多个机构（例如KalWin [3])已验证并采用此数据集进行CFD验证和模型比较。

3 RWIND 模型设置，应用“米歇尔城”城市粗糙度元素，用于风洞 CFD 模拟

WTG-Merkblatt M3 精度要求

WTG-Merkblatt M3 提供了两种关键方法来验证模拟结果。命中率方法评估多少模拟值P_i在定义的容差范围内正确匹配参考值O_i，使用二元分类方法（命中或失误）。通过计算命中率q，类似于在可靠性理论中使用的置信函数，此方法评估模拟结果的可靠性。相反，归一化均方误差 (e²)方法通过量化模拟值与参考值之间的平均平方偏差，提供更详细的精度评估，规范化以考虑规模差异。两种方法结合提供了用于模拟验证的定性和定量措施。

• 使用 WTG-Merkblatt M3 中定义的命中率方法验证模拟结果

• 使用 WTST-Merkblatt M3 中定义的归一化均方误差评估结果准确性

结果和讨论

[1] VDI Richtlinie 3783 Blatt 9: Umweltmeteorologie - Prognostische mikroskalige Windfeldmodelle - Evaluierung für Gebäude- und Hindernisumströmung, 2017

[2] KalWin, “Validation of flow field prediction within a realistic but idealized urban environment with OpenFOAM”, Report KalWin Engineering GbR, 2022, http://www.kalwin-engineering.com/wp-content/uploads/2022/10/KalWin-Report-ValidationOkt2022.pdf