用户案例
在本示例中，我们将根据 WTG-Merkblatt-M3 中的 图 2.2，计算属于 第 2 组 的平均风压系数 (Cp)：
- G2： 具有中等精度要求的绝对值。应用领域可包括参数研究或初步研究，前提是后续计划进行更高精度的研究（例如，G3 级风洞试验）。
- R2： 独立建筑，所有相关风向均需具备足够精细的方向分辨率。
- Z2： 统计平均值和标准差，前提是涉及稳态流动过程，对此采用峰值因子进行脉动统计验证已足够。
- S1： 静态效应。它们足以表示具有必要力学细节的结构模型，但无需考虑质量和阻尼特性。
描述
本验证案例基于德国 WTG 文件：委员会 3 情况说明书 - 风流数值模拟，第 9.2 章（参见参考文献），将风压系数的计算流体动力学计算结果与东京工艺大学 (TPU) 空气动力学数据库（参见参考文献）的实验数据进行了比较。分析对象为一个高层建筑模型（高宽比 2:1:5）。TPU 的大气边界层风洞数据——经同行评审研究严格验证并通过其风工程门户网站公开——为评估湍流模型精度和网格敏感性影响提供了基准指标。关键比较参数包括建筑关键区域（迎风面、侧面、背风面分离区）的平均风压系数值。
| 流体特性 | 运动粘度 | ν | 1.500e-5 | m2/s |
| 密度 | ρ | 1.250 | kg/m3 | |
| 风洞 | 长度 | Dx | 2720.000 | m |
| 宽度 | Dy | 900.000 | m | |
| 高度 | Dz | 720.000 | m | |
| 建筑 | 宽度 | B | 80.000 | m |
| 进深 | D | 40.000 | m | |
| 高度 | H | 200.000 | m | |
| 计算参数 | 参考速度 | uref | 22.000 | m/s |
| 参考高度 | zref | 10.000 | m | |
| 冯·卡门常数 | κ | 0.410 | ||
| 湍流粘性常数 | Cμ | 0.090 | ||
| 空气动力学表面粗糙长度 | z0 | 1.000 | m |
解析解
无解析解可用。本示例提供了 RWIND CFD 模拟结果与实验数据（TPU 空气动力学数据库）之间的比较。
风速剖面根据以下公式由指数律计算得出：
其中剖面指数 α 定义为：
湍流强度取自 TPU 空气动力学数据库，根据 α=0.25 时的下图。
RWIND 模拟设置
- 在 RWIND 3.04 中建模
- 瞬态流动模拟类型
- 网格密度为 20%，含细化：5,698,702 个单元
- Spalart-Allmaras DDES 模型
- 入口边界条件 - 速度剖面和湍流强度剖面
- 风洞底面 - 无滑移边界条件
- 风洞侧壁和顶面 - 滑移边界条件
- 出口边界条件 - 零压力；零速度梯度
WTG-Merkblatt M3 精度要求
WTG-Merkblatt M3 提供了两种验证模拟结果的关键方法。命中率 (q) 方法评估在定义的容差范围内，模拟值 Pi 与参考值 Oi 正确匹配的数量，采用二元分类方法（命中或未命中）。该方法通过计算类似于可靠性理论中置信函数的命中率 q 来评估模拟的可靠性。相比之下，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并进行归一化以考虑尺度差异，提供了更详细的精度评估。这两种方法共同为模拟验证提供了定性和定量的度量。
结果
命中率参数 q 的期望值为大于 90%，相对均方误差应低于 0.01。从下表可以清楚看出，TPU 实验数据与 RWIND 中流动模拟结果的比较未能满足要求。
| 表面 | q [%] 当 Wrel = 10% | q [%] 当 Wrel = 20% | e2 [1] |
| 迎风面 | 27.3 | 72.7 | 0.035 |
| 右侧面 | 0.0 | 9.1 | 0.114 |
| 左侧面 | 27.3 | 45.5 | 0.121 |
| 背风面 | 0.0 | 0.0 | 0.118 |
在下图中，将 RWIND 模拟获得的平均风压系数与通过 TPU 空气动力学数据库测量的测试点时间序列平均值进行了比较。比较在建筑的迎风面、右侧面、左侧面和背风面上进行。
图表显示迎风面的吻合度非常好。风压系数对建筑荷载至关重要，尤其是在该表面上。对于其他表面，模拟结果与实验结果的趋势显示出良好的一致性。
备注： 图中所示的实验数据是根据从 TPU 网站获取的数据文件绘制的。然而，TPU 网站上显示的图表仅在迎风面的情况下与数据文件匹配。
