A validação de exemplos de simulações computacionais da dinâmica dos fluidos (CFD) utilizando estudos experimentais (Figura 1) é uma etapa crucial para verificar a precisão dos modelos de simulação. Este processo envolve uma comparação detalhada entre os resultados obtidos a partir de simulações CFD e os que são derivados de experiências reais. Assumindo que as simulações podem ser utilizadas de forma fiável para a simulação aerodinâmica em várias aplicações, desde o dimensionamento à análise ambiental. A validação de modelos CFD com dados experimentais ajuda a identificar discrepâncias, permitindo ajustes nos parâmetros do modelo, modelos de turbulência ou métodos numéricos. Em última análise, este processo iterativo gera confiança nas capacidades preditivas da simulação e garante que o modelo CFD possa refletir fenómenos do mundo real.
No presente exemplo, uma colaboração entre a Dlubal Software e a Universidade RWTH de Aachen, são descritos os principais passos para a implementação de uma simulação CFD no RWIND utilizando dados experimentais. Agradecemos muito ao Prof. Frank Kemper e ao Dipl.-Ing. Mirko Friehe, da Universidade de Aachen, pela disponibilização dos dados experimentais no túnel de vento e pelo seu apoio inestimável ao longo deste projeto. As figuras 1 e 2 mostram o modelo experimental representado como um edifício retangular 3D no túnel de vento. No modelo principal, estão incluídos dispositivos de medição de parâmetros-chave, tais como os valores da pressão do vento e o coeficiente da pressão do vento. Os pequenos blocos que rodeiam o modelo simulam um terreno acidentado para refletir com precisão as condições envolventes. A produção de um exemplo de validação para uma simulação CFD (Computational Fluid Dynamics) no RWIND utilizando dados experimentais da Universidade de Aachen envolve um processo sistemático. Aqui está um guia passo a passo: === Etapa 1: Definir os objetivos de validação === * '''Finalidade''' : Nesta parte, iremos explicar o motivo desta validação. Um objetivo comum é verificar a precisão dos resultados do RWIND em comparação com dados físicos experimentais. * '''Âmbito''' : Os resultados desejados para as validações incluem valores de pressão do vento em parâmetros definidos e forças de base de acordo com diferentes direções do vento. === Etapa 2: Recolha de dados experimentais de um teste de túnel de vento === * '''Aquisição de dados''' : Reúna todos os dados experimentais necessários, tais como velocidade do vento, direções do vento, medições de pressão e quaisquer condições de fronteira relevantes. * '''Formato dos dados''' : Certifique-se de que os dados se encontram num formato que o RWIND consiga processar, tais como ficheiros de texto ou folhas de cálculo, e confirme se estão alinhados com as unidades e a escala exigidas pelo RWIND. Aqui está uma ligação de FAQ sobre como introduzir dados experimentais no RWIND: * '''Verificação de qualidade''' : Verifique se os dados estão completos e precisos. Certifique-se de que os dados cobrem o conjunto de condições que pretende simular. === Etapa 3: Configuração do modelo no RWIND === * '''Importação de geometria''' : Crie ou importe a geometria da estrutura em estudo (por exemplo, um edifício ou uma ponte). Esta pode ser modelada diretamente no RWIND ou importada do RFEM ou do programa CAD (Figura 03). * '''Condições de fronteira''' : Aplique as mesmas condições de fronteira como na configuração experimental. Isso inclui a especificação da velocidade do vento, da intensidade de turbulência e outros fatores necessários (Figura 04). * '''Criação de uma malha''' : Gere uma malha computacional adequada para o seu estudo (Figura 5). Este passo envolve discretizar a geometria em elementos mais pequenos que o RWIND utiliza para os cálculos. Assegure-se de que a malha é suficientemente fina em áreas com gradientes elevados (por exemplo, em torno de bordas ou superfícies onde é esperado um fluxo turbulento). Repetir o cálculo com aumento da densidade da malha desde que os resultados sejam aproximadamente iguais. === Etapa 4: Execução da simulação === * '''Teste inicial''' : Inicie com um teste para identificar quaisquer problemas com a configuração. Verifique a qualidade da malha, as condições de fronteira e quaisquer problemas de convergência para a malha. * '''Simulação completa''' : Assim que o teste for bem-sucedido, proceda com a simulação completa. Monitore a simulação para convergência e estabilidade e, se necessário, faça ajustes. === Etapa 5: Resultados pós-processamento === * '''Extração de dados''' : Os resultados da simulação, incluindo a força do vento resultante e as distribuições de pressão para pontos de medição definidos do RWIND, podem ser exportados para comparação com dados experimentais. * '''Visualização''' : Utilize as ferramentas de pós-processamento do RWIND para visualizar os padrões de fluxo e as distribuições de pressão. Crie plots, gráficos ou visualizações 3D para melhor interpretar os resultados. === Etapa 6: comparar os resultados com dados experimentais === * '''Alinhamento de dados''' : Certifique-se de que os dados de simulação e experimentais estão alinhados em termos de posições espaciais, unidades e escalas. * '''Análise estatística''' : Efetue uma comparação estatística entre os dados de simulação e experimentais. Calcule as medidas de desvio como, por exemplo, os coeficientes de correlação para determinar a precisão. Aqui estão as forças de base resultantes de acordo com diferentes direções do vento, analisadas no RWIND e comparadas com um estudo experimental (Figura 6). O modelo de turbulência k-epsilon foi utilizado para os cálculos da força de base, considerando níveis baixo e alto de intensidade de turbulência. Os resultados com a intensidade de turbulência mais alta estiveram mais próximos do estudo experimental com um desvio de aproximadamente 6%. O segundo parâmetro são os valores da pressão do vento calculados nos pontos de medição, tanto no estudo numérico como no experimental (Figura 7). No RWIND, foram utilizados os modelos SST k-epsilon e k-omega SST padrão para comparar os valores da pressão do vento com os resultados experimentais. A análise estatística indica que o modelo k-omega SST fornece uma tendência mais próxima dos resultados experimentais de acordo com o coeficiente de correlação (R = 0,98) e o coeficiente de determinação (R2 = 0,96) na Figura 8. === Etapa 8: Documentação e relatório === Documente todo o processo de validação, incluindo a configuração, os parâmetros de simulação, a metodologia de comparação e os resultados. Destaque quaisquer desvios em relação aos dados experimentais e as possíveis causas. Forneça informações sobre a precisão dos modelos CFD' e sugira melhorias ou outras etapas de validação, se necessário.
