Die stationäre Strömung ist über die Zeit konstant. Die numerische Berechnung löst die vereinfachten Navier-Stokes-Gleichungen, um das resultierende Druck- und Geschwindigkeitsfeld zu erhalten.
Wenn der Wind über hohe schlanke Bauwerke wie Schornsteine, Wolkenkratzer oder Maste bläst, kann eine transiente (instationäre) Strömung erzeugt werden. Bei stetigem kontinuierlichem oder wenig turbulentem Wind mit einer kritischen Geschwindigkeit kann hinter der Struktur ein Phänomen der Wirbelablösung auftreten.
Die Wirbel werden wechselweise von einer zur anderen Seite abgelöst. Dieses organisierte Wirbelbild wird als Karmansche Wirbelstraße bezeichnet. Da die Wirbel abgelöst werden, werden auf der windabgewandten Seite der Struktur wechselnde Tiefdruckzonen und senkrecht zur Windrichtung wirkende schwankende Kraft erzeugt, siehe -abtragung-und-windlastanalyse-bei-hohen-gebaeude.html Wirbelablösung. Dies hat zur Folge, dass bei mäßigen und häufigen Windgeschwindigkeiten bereits große Schwingungen auftreten, dass Bauwerke eine Vielzahl von Lastzyklen durchlaufen, die zu Ermüdungsschäden führen und zum Versagen führen können, ohne die Grenzspannung zu erreichen.
Die Periodenfrequenz der Wirbelablösung kann auch auf die Eigenfrequenz der Struktur einrasten. Wenn diese beiden Frequenzen gleich sind, tritt eine Resonanz ein und die Struktur erfährt große Schwingungen senkrecht zur Windrichtung.
Um mögliche wirbelerregte Schäden zu berücksichtigen, ist es für die Tragwerksplanung wichtig, die transiente Windströmung zu simulieren. Änderungen der Gebäudegeometrie können die zusammenhängende Tragfähigkeit unterbrechen und zusammen mit Steifigkeitsänderungen wird die Problematik der Windeinwirkung minimiert. Durch die numerische CFD-Berechnung in RWIND 3Pro können die transienten Windströmungen und Effekte aus der Tragwerksgeometrie ohne aufwendige Windkanalversuche simuliert werden. Vorteil der numerischen Simulation ist, dass viele Szenarien und Bemessungen kostengünstig überprüft werden können. [1] [2]
Das transiente Windverhalten beeinflusst auch das Mikroklima um die Gebäude. Der Fußgänger-Windkomfort im Stadtbereich wird durch verschiedene Windeffekte wie Tunneldrosselung oder Verwirbelung beeinflusst. Auch für die Simulation dieser Probleme ist RWIND 3Pro ein geeignetes Werkzeug, siehe Windkomfort in Fußgängerzonen in unserer Knowledge Base.
Für die Simulation instationärer Strömungen verwendet RWIND 3 einen speziellen Solver ("BlueDyMSolver", entwickelt von CFD Support aus dem Standard OpenFOAM® Solver). "PimpleFoam").