Genereren van windbelastingen in RWIND Simulation met Computational Fluid Dynamics voor elk constructietype

RWIND Simulation is een programma voor numerieke simulaties van de luchtstroming rond gebouwen of andere objecten en het genereren van windbelasting naar specifieke krachten optredend op het object. Gebruikers van RWIND Simulation dienen een gedegen kennis te hebben van Computional Fluid Dynamics in relatie tot het bepalen van een windbelasting op een gebouw.

Het programma is ontwikkeld in samenwerking tussen Dlubal Software en CFD Support en kan worden gebruikt als stand-alone programma of als toevoeging vanuit RFEM / RSTAB voor dynamische en statische berekeningen.

1

Kenmerken

  • 3D niet-samendrukbare luchtstroom berekening gebaseerd op OpenFoam solvers
  • Directe model import uit RFEM/RSTAB- of van STL-bestanden
  • Eenvoudige modelaanpassing met ‘Slepen en Neerzetten’ en grafische opties
  • Automatische correcties van model topologie met ‘shrink-wrapping’ EE-Net
  • Mogelijkheid om belendingen toe te voegen (gebouwen, terrein, …)
  • Verhoging-afhankelijke snelheid profielen volgens de standaard.
  • k-epsilon en k-omega turbulentie modellen
  • Automatisch EE-Net aangepast aan het geselecteerde niveau van detail.
  • Parallelle berekening met volle benutting van multicore PCs
  • Resultaten binnen een paar minuten voor lage resolutie simulaties ( < 1 miljoen cellen)
  • Resultaten binnen enkele uren voor medium / hoge resolutie simulaties (1-10 miljoen cellen)
  • Grafische weergave van resultaten op clipper/slicer vlakken (scalair en vector velden)
  • Grafische weergave van stroomlijnen met luchtstroom animatie

2

Invoer

RFEM/RSTAB heeft een speciale interface om modellen (d.w.z. constructies gedefinieerd door staven en vlakken) te exporteren naar de RWIND Simulation. In deze interface moeten de te berekenen windrichtingen gedefinieerd worden door middel van de gerelateerde hoekposities om de verticale modelas, en het verhoging-afhankelijke windprofiel moet gedefinieerd worden op basis van een windnorm. Gebaseerd op deze specificaties, is het mogelijk om een eigen belasting aan te maken voor elke hoekinstelling door het gebruik van vloeistofparameters, turbulentie modellen eigenschappen en iteratieparameters, die allemaal globaal opgeslagen worden. Deze belastinggevallen kunnen worden uitgebreid met STL-vector graphics door gedeeltelijke aanpassing in de RFLOW Simulation omgeving gebruik makend van terrein en omgeving modellen.

Een ervaren gebruiker kan het programma RWIND Simulation handmatig starten zonder de interface in RFEM/RSTAB. In dit geval, kunnen de constructies en terrein omgeving in RWIND simulation direct gemodelleerd worden door het importeren van vector graphics van een STL bestand. Het verhoging-afhankelijke windprofiel en de andere vloeistofmechanica gegevens kunnen direct gedefinieerd worden in de RWIND Simulation.

3

Berekening

Het RWIND Simulation programma simuleert de gedefinieerde constructies en hun omgeving in een numerieke windtunnel gebaseerd op een in hoogte variabel windprofiel.

Voor dit doel, is een vrij definieerbaar rechthoekige windtunnel gebied met een ingangsgebied en een uitgangsgebied rond de gedefinieerde constructies gedefinieerd in de 3D omgeving van RWIND Simulation. Het verhoging-afhankelijke wind profiel is toegepast op het ingangsgebied.

Voor het discretiseren van het stijve oppervlak van de constructie, past het programma een “shrink-wrapping” mesh toe op de constructies. Deze Ee-net fungeert als een “nauwsluitend” membraan en zorgt ervoor dat de aerodynamica van de constructie niet wordt beïnvloed door enige stroom-veranderende openingen in het originele model. De conserveringsvergelijkingen van de 3D-luchtstroom rond de constructies worden gediscretiseerd door een adaptieve volume elementennet, die kleiner wordt richting de constructies. Op basis van deze meshing, berekent het programma de gedefinieerde stroomproblemen voor de gegeven windtunnel oriëntatie d.m.v. van de Finite Volume Method (FVM) met de vrij beschikbare berekeningsmethode kernel OpenFOAM.

4

Resultaten

Wanneer de berekening gestart wordt via het interface programma, wordt er een batchproces opgestart die alle staaf-, vlak- en solid- definities uit het RFEM/RSTAB model verwerkt met alle relevante factoren in de nummerieke RWIND Simulation windtunnel. Het model wordt berekend en de resulterende vlakdrukken worden weergegeven als EE-knoopbelasting of staafbelasting in het betreffende belastinggeval in RFEM/RSTAB. Deze belastinggevallen die de RWIND Simulation belastingen bevatten kunnen worden berekend en gecombineerd met andere belastinggevallen in belastingcombinaties en resultaatcombinaties.

In toevoeging op de gemaakte belastinggevallen in RFEM/RSTAB, kunnen nu meer resultaten van de aerodynamica berekening in RWIND Simulation verkregen worden die de luchtstroom problemen weergeven als geheel:

  • Druk op vlakken van de constructie
  • Drukveld rondom geometrie van de constructie
  • Snelheid-veld rondom geometrie van de constructie
  • Snelheidsvectoren rondom geometrie van de constructie
  • Stroomlijnen rondom geometrie van de constructie.
  • Krachten op staafvormige constructies die origineel gegenereerd zijn uit staven.
  • Convergentie diagram
  • Richting en grootte van de stroomweerstand van de gedefinieerde constructie.

Deze resultaten worden weergegeven in de RWIND Simulation omgeving en kunnen grafisch worden beschouwd. Omdat de luchtstroom resultaten rondom de geometrie van een constructie moeilijk te interpreteren zijn in de overall display, zijn de vrij verplaatsbare sectie-vlakken in aparte weergave in te schakelen van de “Volume Element Resultaten” in een vlak. Overeenkomstig het 3D-vertakte stroomlijn resultaat, kan een animatie weergave in de vorm van verplaatsende lijnen of deeltjes getoond worden in toevoeging van de weergave van de constructie. Deze optie helpt om de luchtstroom als dynamisch effect weer te geven.

Alle resultaten kunnen geëxporteerd worden als plaatje of, speciaal met de animatie van resultaten als een video.