In der Numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics - CFD) können komplexe Flächen, die nicht vollständig massiv sind, mithilfe eines porösen und durchlässigen Mediums modelliert werden. In der Praxis sind das beispielsweise textile Bauten für Windschutzkonstruktionen, Drahtgewebe, perforierte Fassaden und Verkleidungen, Jalousien sowie Rohrbündel (übereinander angeordnete, horizontale Zylinder) usw.
Modelle solcher Strukturen können eine so komplizierte Geometrie aufweisen, dass es unmöglich ist, für diese ein Netz effizient zu generieren; das sich daraus ergebende Netz ist unter Umständen sehr fein oder von schlechter Qualität. Unter solchen Bedingungen wird die Berechnung entweder falsch oder sie nimmt mithilfe von Supercomputern viel Zeit in Anspruch. Es ist daher dringend zu empfehlen, bei solchen Strukturen ein besonderes Medium für das Modell heranzuziehen, das einen gewissen Strömungsdurchfluss ermöglicht.
Im folgenden wird Schritt für Schritt erklärt, wie man die Funktion für durchlässige Flächen in RWIND 2 anwenden kann:
Schritt 1: Modellierung der exakten Geometrie mit Porosität in RWIND
The exact model of geometry with specified porosity (here 40% porosity is considered) needs to be simulated (Image 2). For the implementation of the exact geometry, the option of the simplified model should be unchecked, and the mesh refinement level needs to be increased (Image 3).
.png)
Schritt 2: Konfiguration der Simulation
Der gesamte Querschnitt des Simulationsfeldes sollte von der porösen Fläche ausgefüllt werden, damit die Strömung innerhalb des porösen Bereichs durchließen kann. The lower boundary condition of the wind tunnel need to be set as slip to really see the pressure loss of the porous surface (Image 4). Auf diese Weise erhält man genauere Druckverlustwerte, die für die poröse Fläche relevant sind.
.png?mw=760&hash=9177300f148b2a126a1d1c77069d6f09e97af83d)
Schritt 3: Zwei Windsimulationen mit unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten
Dabei werden zwei unterschiedliche Windgeschwindigkeiten von 5 m/s und 15 m/s betrachtet. After simulations, we need to obtain pressure loss data using a graph along the line probe option in RWIND (Images 5, 6). It is very important to consider the steady part of the pressure field diagram to avoid the effects of local pressure fluctuation, particular position, and so on.
.png?mw=760&hash=0ac31f230abd0098ad2c45a1e127817f865552ff)
.png?mw=760&hash=42780ee3488af4d50eee4f3abb08463c46dad56c)
Schritt 4: Darcy-Forchheimer Calculator
To obtain required input parameters in RWIND, such as Darcy coefficient (D) and Inertial coefficient (I), we can use Darcy-Forchheimer Calculator (
https://holzmann-cfd.com/community/blog-and-tools/darcy-forchheimer
), the required information is shown in Image 7. After entering input data, you can obtain Darcy coefficient (D) and Forchheimer contribution (F), which is equivalent to the Inertial coefficient (I) in RWIND; also L is the permeable media length in the flow direction (here is the thickness of the surface = 0.0016 m). Finally, you can substitute all parameters in RWIND table of permeable surfaces (Image 8).
