Wstęp
W dziedzinie inżynierii wiatrowej dokładne modelowanie i walidacja mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia integralności konstrukcyjnej i wydajności aerodynamicznej różnych konstrukcji, takich jak anteny (zdjęcie 1). Ze względu na swój smukły i często elastyczny charakter, anteny są szczególnie podatne na siły wywołane wiatrem, takie jak tworzenie wirów, galopowanie i drgania. Te efekty dynamiczne mogą prowadzić do znacznych drgań konstrukcji, zmęczenia materiału, a nawet awarii, jeżeli nie zostaną odpowiednio uwzględnione na etapie projektowania.
Aby sprostać tym wyzwaniom, konieczna jest rygorystyczna walidacja modeli obliczeniowych, aby zapewnić, że przewidywania teoretyczne są zgodne z wydajnością w świecie rzeczywistym. Jednym z takich przykładów jest walidacja symulacji obciążenia wiatrem anteny poprzez testy eksperymentalne i analizę metodą obliczeniowej dynamiki płynów (CFD). Proces ten pozwala inżynierom na dopracowywanie modeli, zwiększanie dokładności i zwiększanie ogólnej niezawodności konstrukcji antenowych w różnych warunkach środowiskowych.
We współpracy z RWTH Aachen University, wiodącą instytucją w dziedzinie inżynierii i nauk stosowanych, prowadzone są praktyczne badania nad konstrukcjami antenowymi narażonymi na obciążenia wiatrem. Dzięki połączeniu podejścia teoretycznego z danymi empirycznymi, badania mają na celu wypełnienie luki między symulacją a rzeczywistością, przyczyniając się do rozwoju bezpieczniejszych i bardziej odpornych anten. Wyniki badań podkreślają znaczenie walidacji w inżynierii wiatrowej, pokazując, w jaki sposób współpraca środowisk akademickich i przemysłowych może prowadzić do bardziej precyzyjnych technik modelowania i poprawy wydajności konstrukcji w rzeczywistych zastosowaniach.
Opis prac
W aktualnym przykładzie walidacyjnym sprawdzany jest współczynnik siły dla symulacji CFD w RWIND i badania eksperymentalnego [1] z RWTH Aachen University. Model centralny przedstawia antenę o prostokątnym przekroju umieszczoną nad powierzchnią rastra, która służy jako płaszczyzna podłoża lub podłoga tunelu aerodynamicznego. Model zawiera kilka etykiet wymiarowych w kolorze magenta, wskazujących określone wymiary: całkowita wysokość anteny wynosi 0,50 m; jego podstawa znajduje się 0,20 m nad ziemią, na długości 0,08 m w kierunku y; a górna szerokość (w kierunku x) anteny wynosi 0,056 m (rysunek 2).
Rozwiązanie analityczne i wyniki
Wymagane założenia symulacji wiatru przedstawiono w poniższej tabeli:
| Tabela 1: Stosunek wymiarów i dane wejściowe | |||
| Bazowa prędkość wiatru | V | 10 | m/s |
| Wymiar bocznego wiatru | b | 0,080 | m |
| Wymiar wzdłuż wiatru | [CRASHREASON.DESCRIPTION] | 0,058 | m |
| Wysokość | href | 0,5 | m |
| Dolna przerwa | Szczelina | 0,20 | m |
| Gęstość powietrza - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| kierunki wiatru | θwiatr | 0o do 360o z krokiem 30o | Stopnie |
| Model turbulencji - RWIND | Stacjonarne RANS k-ω SST | - | - |
| Lepkość kinematyczna (równanie 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Kolejność schematów - RWIND | Drugi | - | - |
| Pozostała wartość docelowa - RWIND | 10-4 | - | - |
| Typ pozostałości - RWIND | Ciśnienie | - | - |
| Minimalna liczba iteracji - RWIND | 800 | - | - |
| Warstwa graniczna - RWIND | NL | 10 | - |
| Typ funkcji ściany - RWIND | Rozszerzone/mieszane | - | - |
| Intensywność turbulencji | I | 3% | - |
Współczynniki siły wiatru dla różnych kierunków wiatru (θ = 0o do 360o z krokiem 30o ) zostały określone za pomocą RWIND, jak pokazano na rysunku 3. Wyniki wskazują na odchylenie o około 8% od danych eksperymentalnych.
Ponadto model Antenna jest dostępny do pobrania tutaj:
-querkraft-hertha-hurnaus.jpg?mw=350&hash=3306957537863c7a7dc17160e2ced5806b35a7fb)
