Моделирование ветровых нагрузок может иметь решающее значение при проектировании конструкций, особенно при проектировании высотных зданий, где силы ветра существенно влияют на устойчивость конструкции, комфорт жильцов и окружающую среду. Поэтому необходимо визуализировать и предвидеть сложные схемы ветровых воздействий, влияющих на распределение давления, воздушные потоки и местный микроклимат, для того, чтобы эти здания соответствовали требованиям не только с точки зрения эстетики и внешней привлекательности, но и по безопасности и устойчивости.
Чтобы включить эти коэффициенты в ваши расчеты конструкций, Dlubal Software предоставляет RWIND 3, программу, специально разработанную для моделирования воздушного потока вокруг объектов в виртуальной аэродинамической трубе. С помощью численной модели CFD (Computational Fluid Dynamics) создаются точные ветровые нагрузки для применения в RFEM или RSTAB. Таким образом, RWIND 3 может работать как автономная программа или интегрироваться с RFEM и RSTAB, что позволяет выполнять комплексный расчёт и проектирование конструкций.
В следующем тексте будут представлены преимущества использования CFD, особенно по сравнению с обычными испытаниями в аэродинамической трубе. Основные различия между CFD и испытаниями в аэродинамической трубе заключаются в их методологии, стоимости, гибкости и способности работать со сложными сценариями, которые будут обсуждаться далее. На данный момент важно отметить, что CFD применяет математические алгоритмы и численные методы для цифрового моделирования поведения жидкостей, используя методы дискретизации для анализа движения воздуха или жидкости. В то же время, при испытаниях в аэродинамической трубе, физические модели помещаются в контролируемую ветровую среду, где реальные данные о воздушном потоке передаются с помощью датчика и манометров, что позволяет получить прямые экспериментальные результаты. В данном контексте мы можем продолжить изучение отличий этих двух методов и особо отметить преимущества CFD.
1. Экономичность
CFD-моделирование может быть более экономичным, чем строительство и эксплуатация аэродинамических труб, особенно для сложных экспериментов с многочисленными конфигурациями. Хотя начальные вложения в программное обеспечение CFD и вычислительные ресурсы могут быть значительными, после их установки можно будет выполнять широкий спектр моделирования без дальнейших материальных и материальных затрат. Кроме того, для анализа отдельных вариантов требуется меньше ресурсов. Напротив, испытания в аэродинамической трубе могут быть дорогими, особенно для больших или сложных моделей, поскольку каждое испытание требует значительного времени и сил на подготовку.
2. Гибкость и возможности модификаций
CFD обеспечивает быстрое проектирование, итерации и анализ, позволяя легко корректировать такие параметры, как скорость, плотность и температура ветра, а также учитывать дополнительные коэффициенты. Это позволяет быстро выполнять моделирование и изменять модели без физических изменений настроек, которые требуются при испытаниях в аэродинамической трубе, где корректировки часто включают в себя создание новых моделей или изменение существующих. Отображение нескольких сценариев за короткий промежуток времени менее возможно при испытаниях в аэродинамической трубе, поэтому CFD в этом отношении превосходит другие модели.
3. Эффективность времени
Это преимущество является результатом гибкости, которую мы обсуждали ранее, что позволяет быстро регулировать параметры без изменений физической установки. Как уже упоминалось, CFD позволяет быстро запустить несколько сценариев, предлагая очевидное преимущество с точки зрения эффективности времени.
4. Возможности моделирования
CFD обеспечивает подробную визуализацию характеристик потока, распределения давления и изменений температуры с поразительной детализацией. Он позволяет точно анализировать сценарии, которые может быть трудно смоделировать в физической аэродинамической трубе из-за ограничений по размеру или скорости, например, чрезвычайно высокие скорости или сложная геометрия. CFD может смоделировать эти условия без физических ограничений. Хотя аэродинамические трубы физически воспроизводят воздушный поток и часто обеспечивают более точное моделирование взаимодействия воздуха с объектом, они ограничены данными из конкретных точек измерения и предоставляют менее подробные по сравнению с CFD.
5. Доступность
Достижения в области разработки программного обеспечения и облачных вычислений сделали вычислительную гидродинамику (CFD) гораздо более доступной для более широкой аудитории. Инструменты CFD с открытым исходным кодом, такие как OpenFOAM, обеспечивают бесплатный доступ к обширным возможностям моделирования. Поскольку CFD можно выполнить полностью в виртуальной среде, он позволяет исследователям, не требуя доступа к аэродинамическим трубам, выполнять более подробные исследования и расчеты.
6. Интеграция в современные технологии
Еще одним преимуществом доступных современных инструментов CFD является их интеграция с другим инженерным программным обеспечением, которая упрощает рабочий процесс от расчёта до моделирования и обеспечивает междисциплинарный подход к расчёту и проектированию. Ярким примером является использование инструментов CFD с программами RFEM и RSTAB от Dlubal, что обеспечивает комплексное решение для расчёта и проектирования конструкций.
Заключительные слова
CFD и испытания в аэродинамической трубе отличаются не только методологией, но также требованиями к ресурсам и времени, гибкостью, способностью обработки сложных сценариев, доступностью для пользователя и интеграцией с другим программным обеспечением. В данной статье рассматриваются преимущества CFD в данных областях, учитывается ее высокая гибкость и детализация при более низких эксплуатационных затратах, а также возможность анализировать поведение воздуха в сложных конструкциях. Тем не менее, важно понимать, что, несмотря на эти преимущества, испытания в аэродинамической трубе имеют решающее значение для проверки CFD моделей и фиксации явлений, которые могут быть сложными для точного моделирования. Таким образом, CFD особенно полезен для проектных исследований, испытаний прототипов и анализа сложных динамических сценариев, которые трудно воспроизвести в аэродинамической трубе, в то время как испытания в аэродинамической трубе служат последним шагом для проверки моделей и выполнения точных аэродинамических оценки. В большинстве случаев сочетание CFD с испытаниями в аэродинамической трубе предлагает лучшее из обоих методов, используя их дополнительные преимущества.