Beschreibung
In den verfügbaren Normen wie EN 1991-1-4 [1], ASCE/SEI 7-16 und NBC 2015 sind Windlastparameter wie der Winddruckbeiwert (Cp) für Grundformen aufgeführt. Wichtig dabei ist, wie Windlastparameter schneller und genauer berechnet werden können, anstatt mit zeitraubenden und teilweise komplizierten Formeln in Normen zu arbeiten.
Einer der wesentlichen Punkte bei der CFD-Simulation ist es, genaue und kompatible Konfigurationen bezüglich der Eingabedaten wie Turbulenzmodelle, Windgeschwindigkeitsprofil, Turbulenzintensität, Grenzschichtbedingungen, Diskretisierung usw. zu finden, die im Eurocode nicht erwähnt werden. Im vorliegenden Beispiel, das eine Zylinderform zeigt, empfehlen wir einige Einstellungen, die mit dem Eurocode kompatibel sind. Wie in EN 1991-1-4 zu sehen ist, gibt es komplizierte Formeln, um den Cp-Wert bezogen auf verschiedene Reynolds-Zahlen zu erhalten.
Analytische Lösung
Die Abmessung des Zylinders wie in Bild 1 gezeigt ist für die Reynolds-Zahl (Re= 2*106) nach Gleichung 7.15 (EN 1991-1-4) ausgelegt, wobei b der Durchmesser, ν die kinematische Viskosität der Luft (ν=15*10-6 m2/s) und v(ze) die Spitzenwindgeschwindigkeit ist:
Hier sind die Annahmen und empfohlenen Einstellungen (Tabelle 1), die eine bessere Übereinstimmung mit Cp und dem Kraftbeiwert mit dem Eurocode-Beispiel darstellen:
| Windgeschwindigkeit | V | 30 | m/s |
| Reynolds-Zahl (Gleichung 7.15, EN 1991-1-4) | Re | 2*106 | - |
| Höhe | L | 1 | m |
| Durchmesser | D | 1 | m |
| Lage der Trennung von minimalem Druck/Strömung (Tabelle 7.12, EN 1991-1-4) | αmin/αA | 80/120 | Grad |
| Wert des minimalen Druckbeiwerts (Tabelle 7.12, EN 1991-1-4) | Cp0,min | -1.9 | - |
| Heckdruckbeiwert (Tabelle 7.12, EN 1991-1-4) | Cp0,h | -0.7 | - |
| Völligkeitsgrad (Gleichung 7.28, EN 1991-1-4) | φ | 1 | - |
| effektive Schlankheit (Tabelle 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 1 | - |
| Abminderungsfaktor (Bild 7.36 - Gleichung 7.17, EN 1991-1-4) | ψλ - ψλa | 0,6-(0,6-1) | - |
| Force Coefficient (Figure 7.28, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 0,55 | - |
| Air Density | ρ | 1.25 | kg/m3 |
| Turbulence Model | Steady RANS k-ω SST | - | - |
| Kinematic Viscosity (Equation 7.15, EN 1991-1-4) | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Scheme Order | 2. | - | - |
| Residual Target Value | 10-5 | - | - |
| Residual Type | Druck | - | - |
| Minimum Number of Iterations | 800 | - | - |
| Boundry Layer | NL | 10 | - |
| Type of Wall Function | erweitert/gemischt | - | - |
| Turbulence Intensity (Best Fit) | I | 7.5%-15% | - |
Ergebnisse
Finally, the Cp contour for 7.5% turbulence intensity (Figure 2) and the diagram for various turbulence intensities are plotted in Figure 3, in which I=7.5% is shown better agreement in predicting the average wind pressure coefficient. For another criterion (Force coefficient Cf,0 in Table 2) which can be obtained regarding Figure 7.28 in EN 1991-1-4, the value of 15% is closer to Eurocode example.
| Turbulence Intensity (%) | Fd (N) | ρ (kg/m3) | u (m/s) | A (m2) | Cf,0 |
| 1.00 | 253 | 1.25 | 30 | 1 | 0.45 |
| 5,00 | 226 | 1.25 | 30 | 1 | 0.40 |
| 7,50 | 253 | 1.25 | 30 | 1 | 0.46 |
| 10,00 | 257 | 1.25 | 30 | 1 | 0.46 |
| 15,00 | 303 | 1.25 | 30 | 1 | 0,54 |
| 20.00 | 328 | 1.25 | 30 | 1 | 0.58 |
| 25,00 | 361 | 1.25 | 30 | 1 | 0.64 |
| Eurocode | - | - | - | - | 0.55 |
Also, the cylinder model with recommended settings is available to download here:
