Il seguente articolo si occupa del confronto di uno studio di riferimento condotto dall'Università di tecnologia di Graz in Austria [1] mediante una simulazione simulata eseguita in RWIND.
Nell'ambito dello studio, un cuboide è stato analizzato in una prova in galleria del vento per quanto riguarda la distribuzione della pressione. Quindi, il test è stato rimodellato in ABAQUS e ANSYS e i risultati sono stati confrontati.
Sia il flusso longitudinale che quello trasversale sono stati analizzati utilizzando due profili di flusso ciascuno. Poiché i risultati di entrambi i profili del vento sono molto simili, per il confronto è stata selezionata solo la velocità di ingresso più alta.
Come nello studio di riferimento, i valori Cp sono stati valutati sulla linea centrale verticale per il flusso longitudinale e trasversale. Nell'esperimento, sono stati utilizzati i dati dei sensori delle radiosonde centrali. Di seguito, i risultati sono riportati a confronto. I punti delle curve dello studio di riferimento sono stati letti dallo strumento ENGAUGE Digitizer e quindi non sono collegati tra loro.
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Prima di tutto, si può vedere che tutte e tre le densità delle mesh sono ben correlate in RWIND. Pertanto, una mesh più densa non è consigliabile. Le tre simulazioni eseguite in RWIND sembrano raggiungere i punti del benchmark sperimentale meglio delle simulazioni in ABAQUS e ANSYS. La deviazione dagli altri due risolutori è molto grande, specialmente all'altezza media dell'oggetto di prova.
L'aumento dei valori di Cp' verso il suolo è evidente in ABAQUS e ANSYS. L'esperimento non può confermarlo a causa della mancanza di sensori posizionati in quell'area, ma i risultati sembrano fisicamente illogici. Tuttavia, questa anomalia non è mostrata da RWIND. Nel complesso, RWIND sembra raggiungere meglio i valori Cp dell'esperimento', nonostante funzioni di approccio più semplici e quindi meno sforzo di calcolo.
In relazione al flusso longitudinale, si possono trarre le stesse conclusioni per il flusso trasversale. I risultati del confronto sono più vicini al benchmark sperimentale che per il flusso longitudinale, ma i risultati di RWIND mostrano un adattamento relativamente buono. Anche qui, un'anomalia delle curve Cp può essere vista vicino al suolo.
Oltre alla valutazione sulla linea centrale verticale, il confronto fornisce immagini in falsi colori per il tensore del valore Cp. Pertanto, è consigliabile confrontare la distribuzione di Cp su varie superfici.
Le immagini del benchmark sperimentale dovrebbero essere viste con cautela. A causa della distribuzione relativamente grossolana dei sensori di pressione, la rappresentazione delle linee di livello è più un'ipotesi che una misurazione. È probabile che il valore Cp reale sia significativamente più basso ai bordi, poiché non ci sono sonde in questa area critica.
Va notato che solo la metà degli intervalli di valori cromatici discreti sono disponibili nella visualizzazione dei risultati di RWIND come in ABAQUS e nell'analisi sperimentale, motivo per cui gli intervalli di valori corrispondenti dovrebbero essere confrontati visivamente, piuttosto che i colori stessi. Inoltre, per ragioni di chiarezza, di seguito viene utilizzata solo la simulazione ANSYS dello studio di riferimento. ANSYS tende ad avere risultati migliori; tuttavia, nel complesso, i risultati sono molto più simili rispetto, ad esempio, ad ABAQUS e RWIND.
Per il flusso longitudinale del lato anteriore, sono confermati i risultati dei grafici della linea centrale. La simulazione RWIND sembra raggiungere i valori Cp specifici su una certa area meglio di ANSYS, ma la distribuzione è molto simile in tutte le immagini campione.
L'aumento dei valori nell'area del terreno nell'immagine ANSYS descritta sopra è mostrato anche qui e non è confermato né dall'esperimento né da RWIND.
È ancora una volta degno di nota che il valore Cp diminuisce bruscamente verso il bordo dell'oggetto in tutte le simulazioni, ma non nell'esperimento. La differenza è probabilmente dovuta alla mancanza di sensori in quest'area.
Nel complesso, la simulazione del lato della pressione in RWIND è molto convincente, soprattutto per quanto riguarda le risorse relativamente basse e lo sforzo di modellazione rispetto ad altri programmi.
Le tendenze del lato in pressione non continuano per il lato di aspirazione. Mentre la distribuzione del livello dei valori Cp in RWIND è leggermente più in linea con la simulazione rispetto alla simulazione ANSYS, i valori effettivi sono significativamente più bassi. Con l'eccezione del bordo sul lato del flusso, la distribuzione del livello in RWIND tende a conformarsi meglio ai test rispetto ad ANSYS. In entrambe le simulazioni CFD, i minimi locali si trovano sul bordo anteriore ma sono chiaramente concentrati in ANSYS e distribuiti su una certa area in RWIND. In ANSYS è di circa -1,2, mentre RWIND è di nuovo notevolmente inferiore, a -2,47. Qui, ANSYS mostra chiaramente il comportamento più fisico. Alla fine del lato opposto del flusso', questa tendenza è direttamente invertita. Qui, RWIND e ABAQUS sono al di sotto del valore dei test. Anche qui, tuttavia, questa osservazione è discutibile a causa della distribuzione delle sonde di pressione. Il minimo Cp nell'area del terreno della simulazione ANSYS segue l'andamento già descritto.
Nel complesso, RWIND sembra fornire risultati peggiori di ANSYS o ABAQUS sui lati dominati dall'aspirazione. L'approccio degli elementi più semplice potrebbe essere responsabile. Un'analisi transitoria in RWIND potrebbe, ad esempio, affrontare le aree di aspirazione chiaramente sovrastimate.
In effetti, i risultati nella simulazione transitoria di RWIND sono molto migliori. Sia la distribuzione del livello che i valori puntuali mostrano una buona conformità con le prove in galleria del vento. Tuttavia, una valutazione comparativa utilizzando ANSYS non avrebbe senso, poiché lì è disponibile un modello di flusso stazionario.
Per il lato posteriore, che rappresenta un'altra area di aspirazione, le differenze sono ancora maggiori. Mentre ANSYS e i test mostrano una buona conformità, RWIND calcola valori Cp significativamente più bassi e li distribuisce, in base alla quantità, più in alto rispetto alle altre due immagini. Anche un calcolo transitorio fornisce risultati significativamente migliori qui, paragonabili ad ANSYS, ma non è stato oggetto di questo confronto.
Le conoscenze acquisite dai confronti di immagini in falsi colori che mostrano flussi longitudinali si applicano anche al flusso trasversale. Le immagini comparative del flusso laterale sono mostrate di seguito, ma non sono descritte in dettaglio a causa del raddoppio.
