O RFEM e o RWIND são utilizados para gerar um modelo de estrutura de membrana tracionada para que a simulação de vento possa ser iniciada, juntamente com a implementação de critérios importantes. O RWIND é uma ferramenta poderosa para criar cargas de vento tanto em estruturas gerais como em formas complexas. O solucionador CFD é um pacote de software OpenFOAM ® (versão 17.10) que fornece muito bons resultados e é uma ferramenta muito utilizada para simulações CFD. O solucionador numérico é estacionário para fluxos incompressíveis e turbulentos que utilizam o algoritmo SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations).
As cargas de vento são reguladas por normas específicas, tais como EN 1991-1-4, ASCE/SEI 7-16 ou NBC 2015. O RFEM é um software técnico bem equipado para a criação de estruturas de membranas e têxteis; considera a análise de determinação da forma não linear para superfícies pré-esforçadas de curvatura dupla. A Figura 02 apresenta um fluxograma numérico do fluxo de ar e uma modelação MEF para a execução de um exemplo de verificação sobre estruturas de membranas e têxteis.
Para determinar numericamente as equações diferenciais parciais, todas as expressões diferenciais (derivadas de espaço e tempo) necessitam de ser discretizadas. Existe uma vasta gama de métodos de discretização com diferentes abordagens em termos de precisão, estabilidade e convergência. Geralmente, a ordem da discretização ilustra a precisão da simulação numérica quando comparada com as soluções das equações originais não discretizadas. A discretização numérica de primeira ordem geralmente gera uma convergência melhor do que o esquema de segunda ordem. No atual estudo, é utilizada uma discretização de segunda ordem. Além disso, ao utilizar o esquema numérico de segunda ordem, é recomendado aumentar o número mínimo de iterações para obter uma melhor convergência (Figura 03).
Exemplo de verificação
Para verificar o processo de simulação de vento, é desenvolvido um modelo de curvatura dupla conforme mostrado em {%>[3], ilustrando uma cobertura hypar 10 m por 10 m por 1,25 m troca de dados. A curvatura ligeira é considerada para verificar um exemplo com um ângulo θ = 45o. A força de pré-tensão para a escala real foi aplicada a 2,5 kN/m na superfície e as propriedades mecânicas, tais como o módulo de Young e o coeficiente de Poisson, são definidos como Ex =1000 kN/m. Ey =800 kN/m. Gxy =100 kN/m, vxy =0,20. A Figura 04 ilustra a geometria do modelo de curvatura dupla. A informação e a entrada da velocidade do vento para a simulação CFD são apresentadas na Figura 05.
Dimensão do túnel de vento
É importante notar que a dimensão do túnel de vento pode produzir erros se o tamanho do túnel for inferior ao tipo padrão. A imagem seguinte mostra uma dimensão padrão de um túnel de vento {%>
Uma vista lateral da geração da malha do modelo é apresentada na Figura 07; Conforme pode ser observado, o algoritmo de refinamento da malha é aplicado a uma distância próxima da superfície do modelo.
Estudo de rede computacional
Os resultados na simulação CFD são sensíveis ao tamanho da malha, por isso a independência da grelha deve ser realizada para pelo menos três números diferentes de elementos de malha. Aqui estão os resultados do valor Cp na linha central da cobertura; como pode ser observado, existem muito pequenas diferenças que mostram que os resultados da simulação de vento tornam-se independentes da terceira grelha (Figura 08).
Função de parede melhorada
O RWIND utiliza a função de parede combinada (BWF), também conhecida como função de parede reforçada (EWF), que apresenta um desempenho muito melhor do que a função de parede padrão (SWF). Assim, em geral, pode ter a certeza de que obterá resultados precisos para o vasto intervalo de números y+. O BWF não é uma função simétrica. Temos uma linha sólida preta (como mostra a imagem 09), que é a Simulação numérica direta (WIND) que estamos a tentar reproduzir. O que se pode ver de imediato é que o EWF está definitivamente muito mais próximo dos dados de sistema de nome de domínio do que o SWF. Assim, na zona do amortecedor entre um y+ de 5 e 30, o EWF é definitivamente muito mais preciso comparativamente ao SWF. É por isso que o método EWF é frequentemente recomendado em simulações CFD {%>
O diagrama de pressão média e o contorno para os dois modelos de turbulência são apresentados nas Imagens 10 e 11. Com base na linha central da cobertura hypar, o diagrama da distribuição Cpe é representado graficamente e comparado com o teste experimental de túnel de vento. O valor Cp pode ser determinado pela seguinte equação, ondeP é a pressão do vento no ponto medido, Pref a pressão de referência (pressão atmosférica), ρ é a densidade do ar e Uref a velocidade de referência igual a 15,3 m/s.
Conforme demonstrado aqui, o modelo de turbulência K-omega apresenta o melhor desempenho na predição do coeficiente de pressão do vento; No presente estudo, o modelo de turbulência K-omega capturou melhor os efeitos do desprendimento de vórtices com pressão negativa do vento de alto gradiente do que os modelos K-epsilon. Recomenda-se a utilização deste modelo de turbulência por se tratar de uma opção mais precisa nas interações vento-estrutura.
