高层建筑风荷载

RWIND Simulation 程序的主要功能是快速计算结果，即使是相对复杂的大型模型也是如此。 使用默认设置进行快速计算，随后在标准 PC 上只需 5 分钟。 所得结果与上述文章[1]中的结果较为吻合，下面将对其进行详细讨论。

计算域和网格

CAARC建筑是一个长方形棱柱形状，尺寸为150 ft x 100 ft x 600 ft。 风洞尺寸沿流向为 4,950 ft，翼展方向为 3,000 ft，总高度为 1,200 ft。

模型和计算域

在建筑模型附近对有限体积网格进行了局部细化，网格单元总数为540,180。 尽管 RWIND Simulation 允许在更精细的网格上进行计算 （最多 5000 万个单元），为了快速计算，选择了相对粗糙的网格。

模拟设置

模拟参数和入口风速剖面是根据 Dagnew 等人定义的。 [1] , 和 见图 02。

模拟参数和风速曲线

模型的边界条件见表 1。

湍流模型采用 k-epsilon 模型，入口湍流强度设置为 0.15%。

湍流模型

稳态计算

该计算是使用 RWIND Simulation Solver 进行的，该求解器是相对于 OpenFOAM-SIMPLE 求解器系列的。 它是一种求解不可压缩湍流的稳态求解器。 在一台 8 核（Intel i9‑9900K）的 PC 上，整个模拟（包括网格生成和结果准备）在 5 分钟内完成。 残余压力收敛准则设置为 0.001，这是计算速度最快的标准值，并且是在 350 次迭代后达到的。 最小残余压力为0.0001，迭代700次后可以达到。 但是，结果并没有受到太大影响。

收敛图

图05到图07显示了建筑物表面的压力分布和速度场。 为了验证和比较，计算得出的压力系数 c_p与图 9 至图 11 中的[1]中的数据进行了比较。 c_p系数的计算公式如下：

RWIND Simulation 结果和根据 Dagnew 等人的实验结果。 [1]在迎风面是紧密比较。 在侧壁和背风面，实测数据和计算数据之间存在 10% - 20% 的差异， 这可以通过使用的湍流模型 (k-epsilon) 和粗略的计算网格来解释。 通过使用更精确的湍流模型 (LES)，可以提高结果的准确性， 它将在 RWIND Simulation 的未来版本中提供。

RWIND 模拟结果：

建筑面上的压力分布

垂直截面上的速度场

在Z/H = 2/3的垂直水平截面上的速度场

与[1]中公布的数据和结果的比较：

评估路径

沿周长的平均压力系数cp在Z/H = 2/3时。 与发表在[1]中的其他数值方法的结果比较

为了解释前面的图表，可以补充一下，横坐标轴 x '/Dx 的单位是根据 RWIND 的实际 x 坐标和 RWIND 的中心距离（100 ft）得出。

压力系数cp分布的等高线图

背压面上cp分布的等高线图

瞬态计算

对于细长结构，可以通过模拟瞬态（非定常）流动来考虑涡旋脱落可能造成的破坏。 RWIND 2 使用“BlueDySolver”来模拟非定常流动，该软件是从标准的 OpenFOAM® 求解器“PimpleFoam”发展而来的。 作为该模拟的一部分，在 1200 秒的模拟时间内以 12 秒的时间步长创建了 91 个流动动画。 该程序可以自动更改这些时间片，并通过线性插值对两个时间片之间的流动进行平滑处理，从而可以在整个模拟时间内显示流动的连贯动画。 下面的动画显示了建筑物表面的压力分布以及建筑物周围的速度分布，这些是在瞬态计算的帮助下获得的。

将暂态计算的结果与稳态计算或 Dagnew 等人的结果进行比较。 [1]中还计算了图 08 中显示的评估路径的压力系数 c_p 。 下图显示了所有结果。

Z/H = 2/3 处沿周长的平均压力系数 cp 瞬态计算后的值 与[1]中发表的稳态计算结果和结果的比较

迎风面的瞬态计算结果与稳态计算的结果和 Dagnew 等人的试验风洞试验数据也非常吻合。 [1]. 在背风面，瞬态流的计算结果与稳态流的计算结果相似，偏差约为与实测数据相差 10% 到 20%。 在侧面，暂态结果与其他结果的偏差稍大。 一方面是因为 RWIND Simulation 软件使用了与稳态模拟不同的求解器来进行瞬态计算，另一方面是因为软件在不断的进一步发展和改进。 该比较还表明，与 K-Epsilon 湍流模型相比，K-Omega 湍流模型与实验结果的一致性更高。 此外，稳态模拟已经扩展到包括二阶计算。 这些结果也显示在上图中，但与按照一阶计算的结果略有不同。