Description du projet
Dans l'exemple de validation actuel, nous étudions le coefficient de force du vent (Cf ) de formes cubiques avec l'EN 1991-1-4 [1]. Il existe des cas tridimensionnels que nous expliquerons plus en détail dans la prochaine partie.
L'un des points importants de la simulation CFD est de trouver des configurations précises et compatibles concernant les données d'entrée telles que les modèles de turbulence, le profil de vitesse du vent, l'intensité de la turbulence, l'état de la couche limite, l'ordre de discrétisation, etc., dont les détails numériques ne sont pas mentionnés. dans l'Eurocode. Dans l'exemple actuel pour la forme cubique, nous recommandons des paramètres compatibles avec la norme Eurocode. Comme on peut le voir dans l'EN 1991-1-4, il existe différents tableaux et diagrammes pour le calcul statique de la charge de vent.
Solution analytique
Il existe trois catégories dimensionnelles pour la forme du cube en raison du rapport h/d, comme le montre la Figure 1 (Eurocode, tableau 7.1). Les données d'entrée pour chaque cas dimensionnel sont considérées sur la base du tableau 1.
Pour le premier cas, nous considérons la forme d'un cube de grande hauteur (h/d=5) en ce qui concerne les données d'entrée qui sont affichées dans le tableau suivant :
| Rapport dimensionnel : h/d=5 | |||
| Vitesse du vent | V | 30 | m/s |
| Hauteur | h | 50 | m |
| Hauteur | d | 10 | m |
| Largeur | b | 12 | m |
| Le rapport de solidité (Éq. 7.28, EN 1991-1-4) | Φ | 1 | |
| Élancement effectif (Tableau 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 5,83 | |
| Facteur d'effet final (Fig. 7.36, EN 1991-1-4) | λ | 0,68 | |
| Facteur de réduction (Fig. 7.24, EN 1991-1-4) | r | 1 | |
| Coefficient de force sans écoulement libre (Fig. 7.23, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 2,30 | |
| Coefficient de force (Éq. 7.9, EN 1991-1-4) | Cf | 1,564 | |
| Densité de l'air - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| Modèle de turbulence - RWIND | RANS k-ω SST en régime permanent | - | |
| Viscosité cinématique (Équation 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Ordre du schéma - RWIND | Deuxième | - | |
| Valeur résiduelle visée - RWIND | 10-5 | - | |
| Type résiduel - RWIND | Pression | - | |
| Nombre minimal d'itérations - RWIND | 800 | - | |
| Couche limite - RWIND | NL | 10 | |
| Type de fonction de voile - RWIND | Amélioré / combiné | - | |
| Intensité de la turbulence (Best Fit) - RWIND | I | 15 % | |
Dans le cas suivant, nous considérons la forme d'un cube de hauteur moyenne (h/d=1) en raison des données d'entrée indiquées dans le tableau suivant :
| Rapport dimensionnel : h/d=1 | |||
| Vitesse du vent | V | 30 | m/s |
| Hauteur | h | 10 | m |
| Hauteur | d | 10 | m |
| Largeur | b | 12 | m |
| Le rapport de solidité (Éq. 7.28, EN 1991-1-4) | Φ | 1 | |
| Élancement effectif (Tableau 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 1,66 | |
| Facteur d'effet final (Fig. 7.36 , EN 1991-1-4) | λ | 0,62 | |
| Facteur de réduction (Fig. 7.24, EN 1991-1-4) | r | 1 | |
| Coefficient de force sans écoulement libre (Fig. 7.23, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 2,30 | |
| Coefficient de force (Éq. 7.9, EN 1991-1-4) | Cf | 1,426 | |
| Densité de l'air - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| Modèle de turbulence - RWIND | RANS k-ω SST en régime permanent | - | |
| Viscosité cinématique (Équation 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Ordre du schéma - RWIND | Deuxième | - | |
| Valeur résiduelle visée - RWIND | 10-5 | - | |
| Type résiduel - RWIND | Pression | - | |
| Nombre minimal d'itérations - RWIND | 800 | - | |
| Couche limite - RWIND | NL | 10 | |
| Type de fonction de voile - RWIND | Amélioré / combiné | - | |
| Intensité de la turbulence (Best Fit) - RWIND | I | 7,5% | |
Dans ce dernier cas, le cube de faible hauteur est considéré comme une forme (h/d=0,25) en raison des données d'entrée indiquées dans le tableau suivant :
| Rapport dimensionnel : h/d=0,25 | |||
| Vitesse du vent | V | 30 | m/s |
| Hauteur | h | 2.50 | m |
| Hauteur | d | 10 | m |
| Largeur | b | 2.50 | m |
| Le rapport de solidité (Éq. 7.28, EN 1991-1-4) | Φ | 1 | |
| Élancement effectif (Tableau 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 2 | |
| Facteur d'effet final (Fig. 7.36 , EN 1991-1-4) | λ | 0,63 | |
| Facteur de réduction (Fig. 7.24, EN 1991-1-4) | r | 1 | |
| Coefficient de force sans écoulement libre (Fig. 7.23, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 1,20 | |
| Coefficient de force (Éq. 7.9, EN 1991-1-4) | Cf | 0,756 | |
| Densité de l'air - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| Modèle de turbulence - RWIND | RANS k-ω SST en régime permanent | - | |
| Viscosité cinématique (Équation 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Ordre du schéma - RWIND | Deuxième | - | |
| Valeur résiduelle visée - RWIND | 10-5 | - | |
| Type résiduel - RWIND | Pression | - | |
| Nombre minimal d'itérations - RWIND | 800 | - | |
| Couche limite - RWIND | NL | 10 | |
| Type de fonction de voile - RWIND | Amélioré / combiné | - | |
| Intensité de la turbulence (Best Fit) - RWIND | I | 15 % | |
résultats
Les résultats du coefficient de force du vent sont obtenus avec différents rapports dimensionnels et différentes intensités de turbulence. Pour le premier cas de forme cubique de grande hauteur (h/d=5), la valeur de Cf est indiquée dans le tableau suivant :
| Intensité de la turbulence (%) (h/d=5) | Fd (N) | (kg/m3 ) | u (m/s) | A (m2 ) | Cf |
| 1.00 - WINDOWS | 498829 | 1,25 | 30 | 600 | 1,478 |
| 5.00 - WINDOWS | 518278 | 1,25 | 30 | 600 | 1,536 |
| 7.50 - WINDOWS | 521515 | 1,25 | 30 | 600 | 1,545 |
| 10h00 - WINDOWS | 520397 | 1,25 | 30 | 600 | 1,542 |
| 15.00 - WINDOWS | 525011 | 1,25 | 30 | 600 | 1,556 |
| 20.00 - WINDOWS | 533059 | 1,25 | 30 | 600 | 1,579 |
| 25.00 - WINDOWS | 543164 | 1,25 | 30 | 600 | 1,609 |
| Eurocode | |||||
| 1,564 |
La valeur de Cf est indiquée dans le tableau suivant pour le second cas de forme cubique de hauteur moyenne (h/d=1) :
| Intensité de la turbulence (%) (h/d=1) | Fd (N) | (kg/m3 ) | u (m/s) | A (m2 ) | Cf |
| 1.00 - WINDOWS | 97148 | 1,25 | 30 | 120 | 1,439 |
| 5.00 - WINDOWS | 95497 | 1,25 | 30 | 120 | 1,415 |
| 7.50 - WINDOWS | 96420 | 1,25 | 30 | 120 | 1,428 |
| 10h00 - WINDOWS | 96453 | 1,25 | 30 | 120 | 1,429 |
| 15.00 - WINDOWS | 96666 | 1,25 | 30 | 120 | 1,432 |
| 20.00 - WINDOWS | 91027 | 1,25 | 30 | 120 | 1,349 |
| 25.00 - WINDOWS | 89827 | 1,25 | 30 | 120 | 1,331 |
| Eurocode | |||||
| 1,426 |
Pour le dernier cas de forme cubique de faible hauteur (h/d=0,25), la valeur de Cf est indiquée dans le tableau suivant :
| Intensité de la turbulence (%) (h/d=0,25) | Fd (N) | (kg/m3 ) | u (m/s) | A (m2 ) | Cf |
| 1.00 - WINDOWS | 2711 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,771 |
| 5.00 - WINDOWS | 2692 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,766 |
| 7.50 - WINDOWS | 2671 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,760 |
| 10h00 - WINDOWS | 2667 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,759 |
| 15.00 - WINDOWS | 2650 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,754 |
| 20.00 - WINDOWS | 2662 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,757 |
| 25.00 - WINDOWS | 2630 | 1,25 | 30 | 6.25 | 0,748 |
| Eurocode | |||||
| 0,756 |
Conclusion
Les résultats montrent une très bonne concordance entre le coefficient de force de vent de RWIND et la norme Eurocode pour le vent. Sur la base des résultats, la valeur recommandée de l'intensité de la turbulence est spécifiée pour différents rapports dimensionnels. Une intensité de turbulence comprise entre 7,5 % et 15 % montre de meilleures performances pour la prédiction du coefficient de force du vent. Un autre point important est la taille de la soufflerie. La taille de la soufflerie par défaut a été utilisée pour les deux premiers cas, mais pour le dernier cas (h/d=0,25), la taille de la soufflerie modifiée donne de meilleurs résultats.
Vous pouvez également télécharger le modèle Cube avec les paramètres recommandés ici :
