V posledních letech vzrůstá zájem o využití výpočetní dynamiky tekutin, známé jako CFD, pro navrhování konstrukcí citlivých na vítr. Důvodem je skutečnost, že díky pokrokům v oblasti výpočetní techniky je řešení komplikovaných problémů proudění relativně nenáročné. Velikost výpočetní oblasti je důležitým aspektem, který má významný vliv na přesnost, ale i cenu CFD simulací.
Základní rovnice proudění se diskretizují a řeší v objemové oblasti mimo model budovy, což se označuje jako oblast výpočtu (obrázek 1). Hranicemi typické kvádrové oblasti je celkem šest ploch. Tyto hranice, s výjimkou dna výpočetní oblasti, jsou v zásadě nefyzikální, a proto jsou jejich účinky na oblast proudění zdrojem chyb při simulaci (dále jen chyby oblasti). Je důležité umístit nefyzikální hranice dostatečně daleko od konstrukce, aby se minimalizovaly významné vlivy na výsledky. Pokud jsou ale hranice příliš daleko, mohou se zvýšit výpočetní náklady modelu. Velikost výpočetní oblasti musí být tedy optimalizována s ohledem jak na náklady na výpočet, tak na přesnost řešení [1].
Doporučení osvědčených postupů v oblasti výpočetního větrného inženýrství (CWE) [2], [3] zdůrazňují význam výpočetní oblasti s vhodnou velikostí pro přesnost řešení. Tato doporučení spojují chyby oblasti s podobnými problémy při testování ve větrném tunelu, jako jsou efekty blokování v oblastech s omezenými plochami průřezu a umělé zrychlení lokálního proudění v oblastech s nedostatečným prostorem mezi hranicemi oblasti a modelem budovy. Proto se pro zadání požadavků na velikost používá minimální vzdálenost mezi hranicí oblasti a modelem budovy a maximální součinitele blokování nebo jejich kombinace [3].
Zde je příklad válce podle Eurokódu [4], u kterého jsou uvažovány dva různé rozměry výpočetních oblastí. The first case (Image 2) is the default setting of RWIND, which is a less accurate but faster calculation, and the second is the recommended wind tunnel size (Image 3) which is more accurate but also has a more computational cost. Například pro přednastavenou velikost větrného tunelu je potřeba 23 minut k dokončení CFD simulace, zatímco pro doporučenou velikost větrného tunelu je potřeba k dokončení simulace 42 minut (~80% zvýšení výpočetní náročnosti). Simulace byla provedena na CPU: Intel(R) Xeon(R) Gold 6248R CPU @ 3.00GHz a 128 GB RAM pro 1000 iterací.
The wind pressure coefficient (Cp) diagram (Image 4) shows that the size of the computational domain can play an important role in the level of accuracy of the results, especially for the positive pressure area. The schematic recommended wind tunnel size in aerodynamics is shown in Image 6 [5]. The critical point is to pay attention to the values of the pressure field near the velocity inlet; they should be optimally close to zero (Image 5).
