Poniższy artykuł dotyczy porównania badania referencyjnego przeprowadzonego przez Graz University of Technology w Austrii [1] za pomocą symulacji przeprowadzonej w programie RWIND.
W ramach pracy analizowano bryłę prostopadłościanu w tunelu aerodynamicznym pod kątem rozkładu ciśnień. Następnie przemodelowano test w programach ABAQUS i ANSYS, a wyniki porównano.
Analizie poddano zarówno podłużny, jak i poprzeczny przepływ, przy użyciu dwóch profili przepływu. Ponieważ wyniki dla obu profili wiatru są bardzo podobne, do porównania wybrano tylko większą prędkość przepływu wiatru.
Podobnie jak w badaniu referencyjnym, wartości Cp dla przepływu podłużnego i poprzecznego zostały oszacowane na osi pionowej. W eksperymencie wykorzystano dane z czujników centralnych radiosond. Poniżej zestawiono wyniki dla porównania. Punkty krzywych z badania referencyjnego zostały odczytane przez narzędzie ENGAUGE Digitizer i dlatego nie są ze sobą połączone.
428x
9x
1074x
21x
Przede wszystkim można zauważyć, że wszystkie trzy gęstości siatki są dobrze skorelowane w RWIND. Dlatego nie zaleca się stosowania gęstszej siatki. Wydaje się, że trzy symulacje przeprowadzone w programie RWIND osiągają wyniki z eksperymentalnego punktu odniesienia lepiej niż symulacje w programach ABAQUS i ANSYS. Odchylenie od pozostałych dwóch solwerów jest bardzo duże, zwłaszcza w przypadku średniej wysokości obiektu testowego.
Wzrost wartości Cp' w kierunku podłoża jest zauważalny w programach ABAQUS i ANSYS. Eksperyment nie może tego potwierdzić ze względu na brak czujników umieszczonych w tym obszarze, ale wyniki wydają się fizycznie nielogiczne. RWIND nie pokazuje jednak tej anomalii. Ogólnie rzecz biorąc, RWIND wydaje się lepiej osiągać wartości Cp eksperymentalne, pomimo prostszych funkcji podejścia, a tym samym mniejszego wysiłku obliczeniowego.
Te same wnioski można wyciągnąć w odniesieniu do przepływu poprzecznego w odniesieniu do przepływu podłużnego. Wyniki porównania są bliższe wartościom wyjściowym eksperymentalnym niż w przypadku płynięcia podłużnego, ale wyniki RWIND wykazują porównywalnie dobre dopasowanie. Tutaj ponownie można zaobserwować anomalię krzywych Cp przy powierzchni ziemi.
Oprócz oceny na pionowej linii środkowej, porównanie daje obrazy zawierające fałszywe kolory dla tensora wartości Cp. Z tego względu zaleca się porównanie rozkładu Cp na różnych powierzchniach.
Do obrazów wzorca doświadczalnego należy patrzeć z dużą ostrożnością. Ze względu na stosunkowo zgrubne rozmieszczenie czujników ciśnienia, odwzorowanie linii poziomu jest bardziej założeniem niż pomiarem. Rzeczywista wartość Cp jest prawdopodobnie znacznie niższa na krawędziach, ponieważ w tym krytycznym obszarze nie ma sond.
Należy przy tym zauważyć, że na ekranie wyników RWIND dostępna jest tylko połowa wartości dyskretnych zakresów wartości koloru niż w programie ABAQUS i analizie eksperymentalnej, dlatego odpowiednie zakresy wartości należy porównać wizualnie, a nie porównywać same kolory. Ponadto, dla zachowania przejrzystości, poniżej zastosowano tylko symulację ANSYS ze studium referencyjnego. ANSYS ma tendencję do osiągania lepszych wyników; jednak ogólnie wyniki są znacznie bardziej podobne niż na przykład w programach ABAQUS i RWIND.
W przypadku przepływu podłużnego strony czołowej wyniki z wykresów linii środkowej zostają potwierdzone. Symulacja RWIND wydaje się osiągać określone wartości Cp na pewnym obszarze lepiej niż ANSYS, ale rozkład jest bardzo podobny we wszystkich przykładowych obrazach.
Pokazano tu również opisany powyżej wzrost wartości w obszarze podłoża na obrazie ANSYS, który nie został potwierdzony ani eksperymentalnie, ani w RWIND.
Po raz kolejny warto zauważyć, że wartość Cp spada gwałtownie w kierunku krawędzi obiektu we wszystkich symulacjach, ale nie w eksperymencie. Różnica prawdopodobnie wynika z braku czujników w tym obszarze.
Ogólnie symulacja strony ciśnienia w RWIND jest bardzo przekonująca, zwłaszcza w odniesieniu do stosunkowo małych zasobów i pracochłonności modelowania w porównaniu z innymi programami.
Tendencje po stronie tłocznej nie mają kontynuacji w przypadku strony ssawnej. Podczas gdy rozkład poziomów wartości Cp w RWIND jest nieco bardziej zgodny z symulacją niż w symulacji ANSYS, rzeczywiste wartości są znacznie niższe. Z wyjątkiem krawędzi po stronie przepływu, rozkład poziomów w RWIND jest bardziej zgodny z testami niż w ANSYS. W obu symulacjach CFD lokalne minima znajdują się na przedniej krawędzi, ale są wyraźnie skoncentrowane w programie ANSYS i rozłożone na określonym obszarze w programie RWIND. W ANSYS wynosi on około -1,2, podczas gdy RWIND jest ponownie znacznie niższy, bo -2,47. Tutaj ANSYS wyraźnie pokazuje bardziej fizyczne zachowanie. Na końcu przeciwnej strony przepływu's trend ten jest bezpośrednio odwrócony. Tutaj RWIND i ABAQUS są poniżej wartości z testów. Jednak również tutaj obserwacja ta jest wątpliwa ze względu na rozmieszczenie próbników ciśnieniowych. Minimalna wartość Cp w obszarze podłoża symulacji ANSYS jest zgodna z opisanym już trendem.
Ogólnie rzecz biorąc, RWIND wydaje się zapewniać gorsze wyniki niż ANSYS lub ABAQUS w przypadku stron zdominowanych przez ssanie. Odpowiedzialne może być zastosowanie prostszego podejścia elementarnego. Analiza stanów nieustalonych w RWIND może na przykład dotyczyć wyraźnie zawyżonych obszarów ssania.
W rzeczywistości wyniki symulacji przejściowej RWIND są znacznie lepsze. Zarówno rozkład poziomów, jak i wartości punktowe wykazują dobrą zgodność z testami w tunelu aerodynamicznym. Jednak ocena porównawcza przy użyciu programu ANSYS nie miałaby sensu, ponieważ dostępny jest tam stacjonarny model przepływu.
W przypadku strony tylnej, stanowiącej inną powierzchnię ssania, różnice są jeszcze większe. Podczas gdy ANSYS i testy wykazują dobrą zgodność, RWIND oblicza znacznie niższe wartości Cp i rozkłada je, w zależności od ilości, wyżej niż pozostałe dwa obrazy. Obliczenia przejściowe również zapewniają znacznie lepsze wyniki, porównywalne z ANSYS, ale nie były przedmiotem tego porównania.
Wiedza uzyskana z porównań fałszywych kolorów obrazów przedstawiających przepływy podłużne odnosi się również do przepływu poprzecznego. Obrazy porównawcze przepływu bocznego pokazano poniżej, ale nie są one szczegółowo opisane ze względu na podwojenie przepływu.
