Descripción del trabajo
En el ejemplo de validación actual, investigamos el valor del coeficiente de presión del viento (Cp ) tanto para el cálculo estructural general (Cp,10 ) como para el cálculo del revestimiento o fachada (Cp,1 ) basado en EN 1991-1-4 cubierta plana [1] y la base de datos japonesa de túneles de viento. La configuración recomendada para una cubierta plana tridimensional con aleros afilados se describirá en la siguiente parte.
El factor clave de la simulación CFD es encontrar las configuraciones más compatibles con las normas con respecto a los datos de entrada, como los modelos de turbulencia, los perfiles de velocidad del viento, las intensidades de la turbulencia, las condiciones de la capa límite, el orden de discretización y otros factores. El punto importante es que las normas no cubren la información requerida para la simulación numérica, como la simulación con CFD. In the current VE, we presented the most compatible RWIND settings concerning the example of the EN 1991-1-4 sharp edge roof and experimental data from Japanese Wind Tunnel Data Base.
Solución analítica y resultados
El modelo de aleros en ángulo cerrado se supone según la figura 01, que tiene cuatro zonas (F, G, H, I). Los coeficientes de presión externa (Cp,10) y (Cp,1) para cubiertas planas se presentan en la figura 7.6 y la tabla 7.2 en EN 1991-1-4. Las suposiciones importantes y los datos de entrada para RWIND que se utilizan para la simulación numérica de CFD también se muestran en la Tabla 1.
| Tabla 1: Relación de dimensiones y datos de entrada | |||
| Velocidad básica del viento | V | 22 | m/s |
| Categoría de terreno | 2 | - | - |
| Dimensión perpendicular a la dirección del viento | b | 16 | m |
| Dimensión paralela a la dirección del viento | d | 16 | m |
| Altura media de cubierta | h | 4 | m |
| Ángulo de cubierta | θroof | 0 | Degree |
| Densidad del aire - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| Direcciones del viento | θviento | 0,15, 30, 45 | Degree |
| Modelo de turbulencia - RWIND | RANS estacionario k-ω SST | - | - |
| Viscosidad cinemática (ecuación 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Orden del esquema - RWIND | Segundo | - | - |
| Valor teórico residual - RWIND | 10-4 | - | - |
| Tipo residual - RWIND | Presión | - | - |
| Número mínimo de iteraciones - RWIND | 800 | - | - |
| Capa de contorno - RWIND | NL | 10 | - |
| Tipo de función de muro - RWIND | Mejorado / mezclado | - | - |
| Intensidad de la turbulencia (mejor ajuste) - RWIND | I | Terreno 2 | - |
El coeficiente medio de la presión del viento (Cp,10) y (Cp,1) se calcula para todas las zonas considerando la velocidad variable del viento y las intensidades de turbulencia basadas en la categoría de terreno 2. Se consideran cuatro direcciones del viento (θ = 0, 15, 30, 45 grados) para calcular los valores correspondientes de (Cp,10) y (Cp,1) relacionados con el Eurocódigo. El contorno Cp,10 se ilustra en la figura 02, que se compara entre los datos experimentales de la prueba de túnel de viento de Japón y RWIND 2. Se comparan los valores Cp,10 y Cp,1 de los datos experimentales, el Eurocódigo y RWIND en la figura 3 y figura 4 para un borde afilado. Los valores experimentales se obtienen manualmente mediante la observación del gráfico de contorno Cp en la base de datos japonesa. Además, la velocidad del viento y el perfil de turbulencia en RWIND se establecen con la fórmula del terreno dos de la UE, que es variable en altura. En la figura 5, se puede ver Cp,1 positivo en la cubierta en la simulación transitoria, que no es posible ver en la simulación constante. En realidad, el efecto de la carga de viento fluctuante y la producción de vórtices pueden ser una mejor captura en la simulación transitoria. Se consideran los casos críticos a través de la dirección del viento para una intensidad de turbulencia constante y variable (basada en el terreno 2) para realizar simulaciones de viento. Los resultados muestran una buena concordancia para la mayoría de las áreas cuando el perfil de turbulencia está cerca de los valores de la categoría Terreno 2. Hay una región llamada (I) en la que se deben considerar los coeficientes de presión del viento positivos y negativos.
Conclusión
En el ejemplo actual de VE, investigamos la validación del valor medio de Cp tanto para Cp,10 como para Cp,1 con respecto a la cubierta con un borde afilado, que se presentó basándose en EN 1991-1-4 y al túnel de viento japonés datos en comparación con RWIND 2. Los resultados muestran que la configuración recomendada de RWIND tiene una buena concordancia con la mayoría de las zonas en el Eurocódigo. La intensidad de turbulencia más alta cerca del perfil de turbulencia variable del Terreno 2 muestra resultados más precisos que el perfil de turbulencia baja. Es importante considerar el escenario de dirección crítica del viento y la simulación transitoria para obtener un valor extremo de EN 1991-1-4. Los valores de desviación provienen principalmente de los coeficientes de seguridad y el enfoque estadístico, el cual presenta un enfoque conservador que se utiliza en la norma.
Además, el modelo de cubierta plana con la configuración recomendada está disponible para descargar aquí: