RWTH-Aachen University 使用实验风洞数据进行 CFD 模拟的验证示例

使用实验研究的计算流体动力学模拟 (CFD) 验证示例（图 1）是检查模拟模型准确性的重要步骤。 在此过程中，会将 CFD 模拟结果与实际试验得出的结果进行详细比较。 它确保了从工程设计到环境分析的各种应用中可以可靠地用于空气动力学模拟的预测。 根据实验数据验证 CFD 模型有助于发现差异，从而可以调整模型参数、湍流模型或数值方法。 通过反复迭代，您可以建立对模型预测能力的信心，确保 CFD 模型能够反映真实世界的现象。

在这个由 Dlubal Software 和 RWTH-Aachen University 合作完成的例子中，我们概述了在 RWIND 中使用实验数据进行 CFD 模拟的关键步骤。 非常感谢 Prof. Frank Kemper 和Dipl.-In. 亚钦大学的 Mirko Friehe 提供了风洞实验数据，并且在整个项目实施过程中提供了宝贵的支持。 图 1 和 2 为实验模型，在风洞中为一三维矩形建筑物。 在主模型中安装了传感器，为了测量一些关键参数，例如风压值和风压系数。 为了准确反映周围的情况，模型周围的小块模拟了粗糙的地形。

使用亚城大学的实验数据在 RWIND 中生成用于 CFD（计算流体动力学）模拟的验证示例是一个系统的过程。 操作步骤如下： === 第 1 步：定义验证目标 === * '''用途''': 在这一部分中，我们将阐述为什么要进行此验证。 共同的目标是与物理实验数据相比，验证 RWIND 结果的准确性。 * '''范围'''： 验证的目标结果包括定义的传感器上的风压值和不同风向下的基本力。 === 第二步：收集风洞试验的实验数据 === * '''数据采集'''： 采集所有必要的实验数据，例如风速、风向、风压以及任何相关的边界条件 * '''数据格式''': . 这是一个关于如何将实验数据导入 RWIND 的常见问题解答链接：

• 常见问题和解答 (FAQ) | RWIND中实验性风洞数据的实现

* '''质量检查'''： 检查数据的完整性和准确性。 请确保数据包含了要模拟的工况范围。 === 第 3 步：RWIND 中模型设置 === * '''几何导入'''： 创建或导入所研究的结构（例如建筑物或桥梁）的几何形状。 可以直接在 RWIND 中或从 RFEM 或 CAD 导入进行建模（图 3）。 * '''边界条件'''： 边界条件与实验装置中的相同。 包括风速、湍流强度和其他必要的系数（图 4）。 * '''网格划分'''： 生成适合您的研究的计算网格（图5）。 将图形离散为更小的单元，并用于 RWIND 的计算. 请注意，在梯度较大的区域（例如边缘或面周围）划分足够精细的网格。 然后通过增加网格密度来重复计算，直到结果几乎相等。 === 第四步：运行仿真 === * '''初始试运行'''： 请先进行试运行，以确定是否存在与安装有关的问题。 检查网格质量、边界条件和任何收敛问题。 * '''完全模拟'''： 试运行成功后，将进行完整模拟。 注意观察模型的收敛性和稳定性，并在必要时进行调整。 === 第五步：后处理结果 === * '''数据提取'''： 从 RWIND 中导出模拟结果（包括合风力、定义测量点的风压分布），以便与实验数据进行比较。 * '''可视化'''： 使用 RWIND 的后处理工具可以显示流型和压力分布。 创建绘图、图形或 3D 可视化效果可以更好地解释结果。 === 第六步：将结果与实验数据进行比较 === * '''数据对齐'''： 确保模拟和实验数据在空间位置、单位和尺度方面是一致的。 * '''统计分析'''： 对模拟数据和实验数据进行统计比较。 通过计算相关系数等偏差度量来衡量精度。 这里是在 RWIND 中得到的不同风向的卷边合力，并与实验进行比较（图 6）。 基础力计算采用 k-epsilon 湍流模型，同时考虑低和高湍流强度。 当湍流强度较大时，计算结果与实验结果更加接近，偏差约为 6%。 第二个参数是在数值和实验研究中计算的测量点的风压值（图 7）。 为了在 RWIND 中使用标准的 k-epsilon 和 k-omega SST 模型对风压值与实验结果进行了比较。 统计分析表明，根据图 8 中的相关系数 (R=0.98) 和确定系数 (R² =0.96)，k-omega SST 模型更接近实验结果的趋势。 === 第 8 步：文档编制和报告 === 记录整个验证过程，包括设置、模拟参数、比较方法和结果。 在表格中标出与实验数据的偏差及其原因。 提供有关 CFD 模型的准确性的深入信息，并在必要时提出改进或进一步验证步骤的建议。