RFEM 和 RWIND 用于生成拉伸膜结构模型，以便可以启动风模拟，并实现重要的标准。RWIND 是一个强大的工具，用于在一般结构和复杂形状上创建风荷载。CFD 求解器是一个 OpenFOAM® 软件包（版本 17.10），它提供了非常好的结果，是 CFD 模拟中广泛使用的工具。数值求解器用于不可压缩湍流的稳态模拟，使用 SIMPLE（半隐式压力相关方程法）算法。
风荷载由特定标准规范，如 EN 1991-1-4、ASCE/SEI 7-16 或 NBC 2015 进行规范。RFEM 是一个装备精良的技术软件，用于创建拉伸膜结构；它考虑了预应力双曲率表面的非线性形状发现分析。图 02 介绍了关于拉伸膜结构的验证示例的数值气流流程图和 FEM 建模。
为了数值确定偏微分方程，所有微分表达式（空间和时间导数）需要离散化。存在一系列离散化方法，在准确性、稳定性和收敛性方面有不同的方法。通常，离散化的阶数说明数值模拟与原始未离散化方程的解相比有多准确。基本上，一级数值离散化比二级方案产生更好的收敛。在当前研究中，使用二级离散化。此外，在使用二级数值方案时，建议增加最小迭代次数以实现更好的收敛（图 03）。
验证示例
为了验证风模拟过程，开发了一个双曲率模型，如 [1] 和 [2] 所示，并对结果进行了研究。轻曲模型的比例选择为 1/25，与参考 [3] 中的实验模型相同，展示了一个 10m x 10m x 1.25m 的超曲屋顶。轻微的曲率用于验证一个角度为 θ=45o 的示例。实际尺度的预张力为 2.5 kN/m 应用于表面，并且机械特性如杨氏模量和泊松比定义为 Ex=1000 kN/m，Ey=800 kN/m，Gxy=100 kN/m，vxy=0.20。图 04 展示了双曲率模型的几何形状。CFD 模拟所需的输入信息和风速输入在图 05 中显示。
风洞尺寸
需要注意的是，如果风洞尺寸小于标准尺寸，则可能产生误差。以下图像显示了一个标准尺寸的风洞 [3]。此外，结果对网格大小敏感，因此计算应至少对三个不同的网格数进行，当结果足够接近上一个阶段时，就实现了网格独立性（图 06）。
图 07 展示了模型网格生成的侧视图；可以看到，使用的网格细化算法在靠近模型表面的位置发挥了作用。
计算网格研究
CFD 模拟的结果对网格尺寸敏感，因此网格独立性应该在至少三个不同的网格元素数目上进行。这里是屋顶中心线的 Cp 值结果；可以看出，风模拟的结果在第三个网格上独立性变化微小（图 08）。
混合墙函数
RWIND 使用混合墙函数 (BWF)，也称为增强墙函数 (EWF)，它比标准墙函数 (SWF) 展现出更好的性能。因此，通常可以确保您将在广泛的 y+ 数字范围内获得准确的结果。BWF 不是对称函数。我们有一条黑色的实线（如图 09 所示），这是我们试图再现的直接数值模拟 (DNS)。您可以立即看到，EWF 明显比 SWF 更接近 DNS 数据。因此，在 y+ 为 5 到 30 的缓冲区间，EWF 确实比 SWF 更加准确。这就是为什么在 CFD 模拟中通常推荐使用 EWF [4]。然而，重要的是要强调 RWIND 并不是针对低 y+ 值的详细边界层研究设计的。RWIND 被设计为一个快速、近似、实用的解决方案，专为可能没有广泛 CFD 专业知识并有兴趣进行工业项目的土木工程师量身定制。
两种湍流模型的平均压力图和等高线图在图 10 和图 11 中展示。基于超曲屋顶的中心线，绘制了 Cpe 分布的图，并与实验风洞测试结果进行了比较。Cp 值可以通过以下公式得出，其中 P 是测量点的风压，Pref 是参考压力（大气压力），ρ 是空气密度，Uref 是参考速度，等于 15.3 m/s。
如所示，K-ω 湍流模型在预测风压系数方面表现更佳；在当前研究中，K-ω 湍流模型相比于 K-ε 模型更好地捕捉到了高梯度负风压中的涡旋脱落效应。我们建议在风-结构交互中将这种湍流模型作为更准确的选项。
