Descrizione
Nell'attuale esempio di convalida, esaminiamo il coefficiente di forza del vento (Cf ) delle forme cubiche con EN 1991-1-4 [1]. Ci sono casi tridimensionali di cui spiegheremo di più se nella parte successiva.
Uno dei punti importanti nella simulazione CFD è trovare configurazioni precise e compatibili per quanto riguarda i dati di input come i modelli di turbolenza, il profilo di velocità del vento, l'intensità della turbolenza, le condizioni dello strato del contorno, l'ordine di discretizzazione e così via, che i dettagli numerici non sono menzionati nell'Eurocodice. Nell'esempio attuale per la forma del prisma, si consigliano impostazioni compatibili con lo standard Eurocodice. Come si può vedere nella EN 1991-1-4, ci sono diverse tabelle e diagrammi per il calcolo statico del carico del vento.
Soluzione analitica
Esistono categorie tridimensionali per le forme cubiche dovute al rapporto h/d come mostrato nella figura 1 (Eurocodice Tabella 7.1). I dati di input per ciascun caso dimensionale sono considerati in base alla Tabella 1.
Per il primo caso, consideriamo una forma cubica con altezza elevata (h/d=5) per quanto riguarda i dati di input che sono mostrati nella tabella seguente:
| Rapporto dimensionale: h/d=5 | |||
| Velocità vento | V | 30 | m/s |
| Altezza | h | 50 | m |
| Profondità | d | 10 | m |
| Larghezza | b | 12 | m |
| Il rapporto di solidità (Eq. 7.28, EN 1991-1-4) | Φ | 1 | - |
| La snellezza efficace (Tabella 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 5,83 | - |
| Coefficiente di effetto finale (Fig. 7.36, EN 1991-1-4) | ψλ | 0,68 | - |
| Coefficiente di riduzione (Fig. 7.24, EN 1991-1-4) | ψr | 1 | - |
| Coefficiente di forza senza flusso libero (Fig. 7.23, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 2,30 | - |
| Coefficiente di forza (Eq. 7.9, EN 1991-1-4) | Cf | 1,564 | - |
| Densità dell'aria - RWIND | ρ | 1.25 | kg/m3 |
| Modello di turbolenza - RWIND | RANS stazionario k-ω SST | - | - |
| Viscosità cinematica (Equazione 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Ordine schema - RWIND | Secondo | - | - |
| Valore obiettivo residuo - RWIND | 10-5 | - | - |
| Tipo residuo - RWIND | compressione | - | - |
| Numero minimo di iterazioni - RWIND | 800 | - | - |
| Strato limite - RWIND | NL | 10 | - |
| Tipo di funzione parete - RWIND | Avanzato/Blended | - | - |
| Intensità turbolenza (Best Fit) - RWIND | i | 15% | - |
Per il prossimo caso, consideriamo una forma cubica con altezza media (h/d=1) a causa dei dati di input che sono mostrati nella tabella seguente:
| Rapporto dimensionale: h/d=1 | |||
| Velocità vento | V | 30 | m/s |
| Altezza | h | 10 | m |
| Profondità | d | 10 | m |
| Larghezza | b | 12 | m |
| Il rapporto di solidità (Eq. 7.28, EN 1991-1-4) | Φ | 1 | - |
| La snellezza efficace (Tabella 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 1,66 | - |
| Coefficiente di effetto finale (Fig. 7.36 , EN 1991-1-4) | ψλ | 0,62 | - |
| Coefficiente di riduzione (Fig. 7.24, EN 1991-1-4) | ψr | 1 | - |
| Coefficiente di forza senza flusso libero (Fig. 7.23, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 2,30 | - |
| Coefficiente di forza (Eq. 7.9, EN 1991-1-4) | Cf | 1,426 | - |
| Densità dell'aria - RWIND | ρ | 1.25 | kg/m3 |
| Modello di turbolenza - RWIND | RANS stazionario k-ω SST | - | - |
| Viscosità cinematica (Equazione 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Ordine schema - RWIND | Secondo | - | - |
| Valore obiettivo residuo - RWIND | 10-5 | - | - |
| Tipo residuo - RWIND | compressione | - | - |
| Numero minimo di iterazioni - RWIND | 800 | - | - |
| Strato limite - RWIND | NL | 10 | - |
| Tipo di funzione parete - RWIND | Avanzato/Blended | - | - |
| Intensità turbolenza (Best Fit) - RWIND | i | 7,5% | - |
Per l'ultimo caso, è considerato un forma cubica con altezza ridotta (h/d=0.25) a causa dei dati di input che sono mostrati nella tabella seguente:
| Rapporto dimensionale: h/d=0,25 | |||
| Velocità vento | V | 30 | m/s |
| Altezza | h | 2.50 | m |
| Profondità | d | 10 | m |
| Larghezza | b | 2.50 | m |
| Il rapporto di solidità (Eq. 7.28, EN 1991-1-4) | Φ | 1 | - |
| La snellezza efficace (Tabella 7.16, EN 1991-1-4) | λ | 2 | - |
| Coefficiente di effetto finale (Fig. 7.36 , EN 1991-1-4) | ψλ | 0,63 | - |
| Coefficiente di riduzione (Fig. 7.24, EN 1991-1-4) | ψr | 1 | - |
| Coefficiente di forza senza flusso libero (Fig. 7.23, EN 1991-1-4) | Cf,0 | 1.20 | - |
| Coefficiente di forza (Eq. 7.9, EN 1991-1-4) | Cf | 0,756 | - |
| Densità dell'aria - RWIND | ρ | 1.25 | kg/m3 |
| Modello di turbolenza - RWIND | RANS stazionario k-ω SST | - | - |
| Viscosità cinematica (Equazione 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Ordine schema - RWIND | Secondo | - | - |
| Valore obiettivo residuo - RWIND | 10-5 | - | - |
| Tipo residuo - RWIND | compressione | - | - |
| Numero minimo di iterazioni - RWIND | 800 | - | - |
| Strato limite - RWIND | NL | 10 | - |
| Tipo di funzione parete - RWIND | Avanzato/Blended | - | - |
| Intensità turbolenza (Best Fit) - RWIND | i | 15% | - |
Risultati
I risultati del coefficiente di forza del vento sono ottenuti con diversi rapporti dimensionali e diverse intensità di turbolenza. Per il primo caso, che è a forma di un prisma con altezza elevata (h/d=5), il valore di Cf è mostrato nella tabella seguente:
| Intensità turbolenza (%) (h/d=5) | Fd (N) | ρ (kg/m3 ) | u (m/s) | A (m2 ) | Cf |
| 1.00 - VENTO | 498829 | 1.25 | 30 | 600 | 1,478 |
| 5.00 - VENTO | 518278 | 1.25 | 30 | 600 | 1,536 |
| 7.50 - VENTO | 521515 | 1.25 | 30 | 600 | 1,545 |
| 10.00 - VENTO | 520397 | 1.25 | 30 | 600 | 1,542 |
| 15.00 - VENTO | 525011 | 1.25 | 30 | 600 | 1,556 |
| 20.00 - VENTO | 533059 | 1.25 | 30 | 600 | 1,579 |
| 25.00 - VENTO | 543164 | 1.25 | 30 | 600 | 1,609 |
| Eurocodice | - | - | - | - | 1,564 |
Per il secondo caso, che è a forma di un prisma di altezza media (h/d=1), il valore di Cf è mostrato nella tabella seguente:
| Intensità turbolenza (%) (h/d=1) | Fd (N) | ρ (kg/m3 ) | u (m/s) | A (m2 ) | Cf |
| 1.00 - VENTO | 97148 | 1.25 | 30 | 120 | 1,439 |
| 5.00 - VENTO | 95497 | 1.25 | 30 | 120 | 1,415 |
| 7.50 - VENTO | 96420 | 1.25 | 30 | 120 | 1,428 |
| 10.00 - VENTO | 96453 | 1.25 | 30 | 120 | 1,429 |
| 15.00 - VENTO | 96666 | 1.25 | 30 | 120 | 1,432 |
| 20.00 - VENTO | 91027 | 1.25 | 30 | 120 | 1,349 |
| 25.00 - VENTO | 89827 | 1.25 | 30 | 120 | 1,331 |
| Eurocodice | - | - | - | - | 1,426 |
Per l'ultimo caso, che è un prisma di altezza ridotta (h/d=0,25), il valore di Cf è mostrato nella tabella seguente:
| Intensità turbolenza (%) (h/d=0,25) | Fd (N) | ρ (kg/m3 ) | u (m/s) | A (m2 ) | Cf |
| 1.00 - VENTO | 2711 | 1.25 | 30 | 6.25 | 0,771 |
| 5.00 - VENTO | 2692 | 1.25 | 30 | 6.25 | 0,766 |
| 7.50 - VENTO | 2671 | 1.25 | 30 | 6.25 | 0,760 |
| 10.00 - VENTO | 2667 | 1.25 | 30 | 6.25 | 0,759 |
| 15.00 - VENTO | 2650 | 1.25 | 30 | 6.25 | 0,754 |
| 20.00 - VENTO | 2662 | 1.25 | 30 | 6.25 | 0,757 |
| 25.00 - VENTO | 2630 | 1.25 | 30 | 6.25 | 0,748 |
| Eurocodice | - | - | - | - | 0,756 |
Conclusione
I risultati mostrano un ottimo accordo tra il coefficiente di forza del vento di RWIND e lo standard del vento Eurocodice. Sulla base dei risultati, il valore raccomandato dell'intensità della turbolenza è specificato per diversi rapporti dimensionali. L'intensità della turbolenza tra il 7,5% e il 15% mostra prestazioni migliori nella previsione del coefficiente di forza del vento. Un altro punto importante è la dimensione della galleria del vento che la dimensione predefinita della galleria del vento è stata utilizzata per i primi due casi, ma per l'ultimo caso (h/d=0.25), la dimensione modificata della galleria del vento mostra risultati migliori.
Inoltre, il modello Cube con le impostazioni consigliate è disponibile per il download qui:
