Popis
Tento příklad je založen na testu atmosférické hraniční vrstvy (ABL) z dokumentu německé WTG: Informační list pro výbor 3 - Numerická simulace proudění větru, kapitola 9.1 (viz odkazy). Jedná se o rozšíření VE0309 - Atmosferic Boundary Layer Test. V tomto případě se okrajová podmínka drsnosti plochy použije na dolní stěně a výsledky se porovnají s hladkou plochou. V následujícím příspěvku si ukážeme vývoj rychlosti, kinetické energie turbulence a rychlosti rozptylu turbulence pro kategorii terénu 0 definovanou v EN 1991-1-4. Svislá anizotropní turbulence podle podle kapitoly 6.3.1 a RANS k-ω SST turbulentního modelu.
| Vlastnosti kapaliny | Kinematická viskozita | ν | 1,500e-5 | m2/s |
| hustota | ρ | 1,250 | kg/m3 | |
| Větrný tunel | obvod | Dx | 800,000 | m |
| Šířka | Dy | 80,000 | m | |
| Výška | Dz | 300,000 | m | |
| Parametry výpočtu | Referenční rychlost | uref | 20,000 | m/s |
| Referenční výška | zref | 10,000 | m | |
| von Kármánova konstanta | κ | 0,410 | ||
| Viskozitní konstanta turbulence | Cμ | 0,090 | ||
| Parametry drsnosti | Aerodynamická drsnost plochy Délka | z0 | 0,003 | m |
| Konstantní drsnost | Cs | 0,500 |
Analytické řešení
Analytické řešení není k dispozici. Příklad poskytuje přehled o vývoji vybraného veličinového pole v prázdném větrném tunelu s drsným povrchem na spodní stěně.
Profil rychlosti větru se vypočítá z následující rovnice:
kde u* je rychlost tření definovaná jako:
Profil turbulence k se stanoví podle následující rovnice:
Profil turbulence ω se stanoví podle následující rovnice:
Pro drsný povrch je třeba spočítat výšku drsnosti ekvivalentu písku a zrn podle následujícího vzorce:
Nastavení programu RWIND Simulation
- Modelováno v programu RWIND 3.03.0220
- Typ simulace ustáleného proudění
- Hustota sítě je 28 %: 2 482 465 buněk
- Počet okrajových vrstev tunelu je 10
- Výška první buňky dole je 0,046 m
- Hodnota y+ se pohybuje od 800 do 1000
- RANS k-ω SST model turbulence
- Okrajová podmínka vtoku - ABL v, k, ω; nulový tlakový spád
- Dno tunelu - okrajová podmínka bez prokluzu se stěnovou funkcí pro omezení stěny na turbulentní viskozitu (drsnost pískových zrn) - nutkRoughWallFunction v OpenFOAM
- Stěny tunelu a okrajová podmínka prokluzu
- Okrajová podmínka výstupu - nulový tlak; nulový gradient rychlosti
Výsledky
Porovnání chování proudění vzduchu (vývoj rychlosti, kinetické energie turbulence a rychlosti disipace turbulence) s drsným a hladkým povrchem je znázorněno v následujícím grafu.
