与亚琛工业大学合作验证 Kathrein 天线模型 80010804

介绍

对天线结构的风荷载力进行准确预测是结构工程和电信工程的关键部分，特别是对于像 Kathrein 80010804 天线这样的高频和纤细设备。在本研究中，针对天线的截面，与亚琛工业大学合作，进行了基于 CFD 的风模拟的全面验证。其目标是通过与风洞测量结果进行比较，包括内部测试和亚琛工业大学硕士论文中发布的参考数据 [1] 和技术 Kathrein 产品目录 （图像 1 和 2），评估 RWIND Simulation 软件产生的数值结果的可靠性。

验证过程中的主要挑战之一是空气动力学行为对雷诺数的敏感性，特别是在低风攻击角（例如 0° 和 180°）时，流动分离和重附现象占主导地位。在这些方向上的流动性能高度依赖于流动模式、表面粗糙度和物理模型的比例，从而导致 CFD 结果与实验结果之间的差异。

这项验证研究不仅为 RWIND 提供了基准，还为在风载荷下模拟复杂天线几何形状的最佳实践提供了精炼依据。研究结果强调了考虑雷诺效应、边界条件和几何保真度对于与实验数据达成有意义的一致性的重要性。

1 Kathrein 天线 80010804截面

2 天线结构风荷载分析的 CFD 模拟：风洞测试验证 [1]

描述

在当前的验证示例中，研究了 RWIND 中 CFD 模拟和来自亚琛工业大学的实验研究 [1] 的力系数。模型代表 RWIND 中的 Kathrein 天线截面 80010804，位于一个作为地平面或风洞地板的网格表面上。模型包括几个尺寸标签，在图像 3 中指示特定测量值。天线的总高度为 1.50 米，宽度（b）为 0.3 米；其底座距离地面抬高 0.20 米，如图 3 所示。需要注意的是，假设参考面积在所有风向上保持不变，定义如下公式：

3 Kathrein 天线截面 80010804 模型的 RWIND

输入数据和假设

风模拟所需的假设在下表中说明：

计算网格研究

计算网格研究在 CFD 分析中至关重要，因为它直接影响结果的准确性和可靠性。虽然精细的网格提高了精度，但过度的网格细化会增加计算成本而无太多益处。因此，网格敏感度研究有助于在准确性和效率之间找到最佳平衡，使资源的实际使用得以更好地决策。右下角显示的表格比较了不同网格密度从 15% 到 55% 及其相应的力系数 (C_f)，如图 4 所示。

4 RWIND 计算网格研究

关于计算网格研究的更多信息：

• 计算网格算例

结果与讨论

图 5 在风速为 14 m/s 和 41 m/s 时，比较了基于风洞测量和 RWIND 结果的天线模型的力系数 C_f。两个模拟（14 m/s 和 41 m/s）都遵循实验趋势，这证实了正确的流向灵敏度，但略低估了峰值，偏差分别为 10% 和 12%。最小 C_f 出现在 90^∘ 和 270^∘，最大出现在 180^∘，反映风的暴露情况。内置 CFD 可视化显示了流动分离，支持结果。雷诺数影响流动分离、湍流和涡流脱落。即使是 CFD（在 14 m/s 和 41 m/s）与风洞之间的小差异也可能导致压力分布的变化，特别是在圆角部分。由于物理复杂性，RWIND 可能无法完全再现雷诺效应。比较显示了合理的一致性，由于雷诺数效应，仅存在微小偏差。

关于如何在 RWIND 中计算风力系数的更多信息：

• 风荷载系数 RWIND

5 各风向的力系数比较：RWIND 与风洞数据

结论

总的来说，当前的研究通过将 RWIND 结果与亚琛工业大学合作提供的实验数据进行比较，验证了 Kathrein 天线截面 80010804 的数值风模拟。比较证实了 RWIND 可靠地捕捉到圆角天线在所有风向上的空气动力学力系数，展示了其在模拟细长和曲面几何形状风荷载方面的能力。模拟和测量的力系数之间的合理一致性突出了模型的准确性。

此外，这里是亚琛工业大学的示例，展示了单个和三个尖角天线模型：

• RWTH Aachen University 的单个锋利天线验证模型

• 亚琛工业大学三尖切面天线验证模型

• 亚琛工业大学六面全角反射器天线验证模型

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Kathrein 天线实例