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2022-09-27

RWIND 与 ABAQUS 和 ANSYS 的比较以及基于硕士论文的模型试验

本文将使用 RWIND、ABAQUS 和 ANSYS 计算得出的风洞与一个简单结构模型的风洞计算结果进行了比较。

下一篇文章通过在 RWIND 中进行的模拟对奥地利格拉茨理工大学 [1] 进行的一项参考研究进行了比较。

在本次研究的范围内,我们对一个长方体进行了风洞试验,对其压力分布进行了分析。 然后在 ABAQUS 和 ANSYS 中对该模型进行了重新建模,并对结果进行了比较。

纵向和横向流动都使用了两个流动剖面进行分析。 因为两个风剖面的结果非常相似,所以只选择了较高的入口速度进行比较。

与参考研究中一样,Cp 值是在纵向和横向流动的垂直中心线上进行评估的。 在实验中使用了中央无线电探空仪的传感器数据。 下面将计算结果进行比较。 参考研究中的曲线点是由 ENGAUGE 数字化仪工具读出的,因此没有互相连接。

首先,可以看出在 RWIND 中所有三种网格密度都具有很好的相关性。 因此不建议使用更密的网格。 在 RWIND 中进行的三个模拟似乎比在 ABAQUS 和 ANSYS 中进行的模拟更好地达到了实验基准。 与其他两个求解器的偏差非常大,尤其是在测试对象的中等高度处。

在 ABAQUS 和 ANSYS 中可以观察到朝地面方向 Cp 值'增加。 由于该区域没有放置传感器,实验无法证实这一点,但结果似乎在物理上不合逻辑。 但是,RWIND并未显示该异常。 总体而言,尽管逼近函数更简单,计算工作量也更少,但 RWIND 似乎更好地满足了实验'的 Cp 值。

关于纵向流动,对于横向流动也可以得出同样的结论。 与纵向流动相比,比较的结果更接近于实验基准,但 RWIND 结果显示了相对较好的拟合。 在这里,在地面附近可以再次看到 Cp 曲线的异常。

除了在垂直中心线上进行评估外,还可以提供 Cp 值张量的假彩色图像。 因此建议您比较不同面上的 Cp 分布。

请谨慎观看实验基准的图像。 由于压力传感器的分布相对较粗,所以水平线的表示更多地是假设而不是测量。 边缘的实际 Cp 值可能会明显降低,因为在该临界区域内没有探测器。

请注意,在 RWIND 中显示的离散颜色值范围仅为 ABAQUS 中和实验分析中的一半,这就是为什么在视觉上比较颜色少于相应值范围的原因。 此外,为了清楚起见,下面只使用参考研究的ANSYS仿真。 ANSYS 的结果往往更好,但总体而言,其结果比 ABAQUS 和 RWIND 更相似。

对于前侧的纵向流动,证实了中心线图中的结果。 RWIND 模拟似乎比 ANSYS 更能击中某个区域的特定 Cp 值,但在所有示例图像中的分布非常相似。
在上面介绍的 ANSYS 软件中显示的地面区域中增加的数值同样没有被实验或 RWIND 证实。
此外,还值得注意的是,在所有模拟中,Cp 值都朝对象边缘急剧减小,但在实验中并未如此。 造成这种差异的原因可能是该区域缺少传感器。
总的来说,RWIND 中的压力侧仿真非常令人信服,尤其是与其他软件相比,它所需的资源和建模工作量相对较少。

对于吸力侧,压力侧'的趋势不会继续。 RWIND 中的 Cp 值的水平分布与模拟的一致性略优于 ANSYS 的模拟,但具体值要低得多。 除了流动侧的边缘外,RWIND 中的水平分布往往比 ANSYS 更符合检验。 在两次 CFD 模拟中,局部最小值位于前边缘,但在 ANSYS 中明显集中,在 RWIND 中分布在一定区域内。 在 ANSYS 中约为-1.2,而 RWIND 再次显着低于-2.47。 在这里,ANSYS 清楚地显示了更多的物理行为。 在流'的远端,这种趋势直接逆转。 RWIND 和 ABAQUS 低于验算值。 但是,由于压力探测器的分布,观察结果再次令人怀疑。 用 ANSYS 模拟的地面区域的 Cp 最小值与前面介绍的趋势一致。
总的来说,在以吸力为主的一侧,RWIND 提供的结果似乎比 ANSYS 或 ABAQUS 差。 更简单的单元法可能是负责任的。 在 RWIND 中进行非定常流动分析可以解决例如明显高估的吸力面积问题。

事实上,RWIND'的非稳态流模拟的结果要好得多。 无论是水平分布还是点值都与风洞试验有着很好的一致性。 但是使用 ANSYS 进行比较分析并没有意义,因为那里有一个稳态流模型。

在另一面为另一个吸力区域,其差异甚至更大。 虽然 ANSYS 和测试显示了良好的一致性,但 RWIND 计算的 Cp 值明显较低,并根据该数值将其传播到比其他两个图像高的位置。 在这里非稳态流计算提供的结果明显优于 ANSYS,但这不是比较的主题。

通过比较显示纵向流动的假彩色图像获得的知识也适用于横向流动。 下面给出侧向流的对比图,由于重复,不再赘述。


链接
参考
  1. Markus Werth: Vergleichende Studie zu Windlastmodellen im Hochbau: Numerische Strömungsberechnung vs. Druckmessungen im Windkanal