Caso Prático
Neste exemplo, vamos calcular pressões locais, pressões médias e estudos paramétricos para o dimensionamento preliminar com métodos mais precisos, como URANS transiente.
Este exemplo pertence ao Grupo 2, de acordo com a Figura 2.2 do WTG-Merkblatt-M3:
- G2: Valores absolutos com requisitos de precisão médios. A área de aplicação pode incluir estudos paramétricos ou preliminares quando são planeadas investigações posteriores com maior precisão (por exemplo, ensaios em túnel de vento da classe G3).
- R2: Solitária, todas as direções do vento relevantes com resolução direcional suficientemente fina.
- Z2: Valores médios estatísticos e desvios-padrão, desde que envolvam processos de escoamento estacionário, para os quais uma verificação estatística das flutuações com um fator de pico é suficiente.
- S1: Efeitos estáticos. São suficientes para representar o modelo estrutural com o detalhe mecânico necessário, mas sem propriedades de massa e amortecimento.
As dimensões do exemplo são mostradas na Figura 1, e os dados de entrada estão ilustrados na Tabela 1:
Tabela 1: Dados de Entrada do Exemplo do Cubo 3D
| Parâmetro | Símbolo | Valor | Unidade |
|---|---|---|---|
| Velocidade Base do Vento | V | 10.13 | m/s |
| Altura da Cobertura | h | 6 | m |
| Dimensão Horizontal | α | 6 | m |
| Ângulo da Cobertura | θroof | 0 | Grau |
| Massa Específica do Ar – RWIND | ρ | 1.25 | kg/m³ |
| Direções do Vento | θwind | 0 | Grau |
| Modelo de Turbulência – RWIND | RANS & URANS | - | - |
| Viscosidade Cinemática (Equação 7.15, EN 1991-1-4) – RWIND | ν | 1.5×10⁻⁵ | m²/s |
| Ordem do Esquema – RWIND | Primeira e Segunda | - | - |
| Valor Alvo do Resíduo – RWIND | 10⁻⁴ | - | - |
| Tipo Residual – RWIND | Pressão | - | - |
| Número Mínimo de Iterações – RWIND | 800 | - | - |
| Camada de Fronteira – RWIND | NL | 10 | - |
| Tipo de Função de Parede – RWIND | Padrão | - | - |
Análise de Sensibilidade
Para o presente exemplo, a análise de sensibilidade é apresentada de acordo com a Figura 2. Os resultados das forças de arrasto totais são investigados para quatro números diferentes de malha. A independência da malha é obtida com 1,6 milhões de células (Malha #4).
O WTG-Merkblatt M3 fornece dois métodos principais para validar os resultados da simulação. O método da Taxa de Acerto avalia quantos dos valores simulados Pi correspondem corretamente aos valores de referência Oi dentro de uma tolerância definida, usando uma abordagem de classificação binária (acerto ou erro). Esta abordagem avalia a fiabilidade da simulação calculando uma taxa de acerto q, semelhante às funções de confiança usadas na teoria da fiabilidade. Em contraste, o método do Erro Quadrático Médio Normalizado (e2) oferece uma avaliação de precisão mais detalhada, quantificando o desvio quadrático médio entre os valores simulados e de referência, normalizado para ter em conta as diferenças de escala. Juntos, estes métodos fornecem medidas qualitativas e quantitativas para a validação da simulação.
Resultados
O diagrama na Figura 3 apresenta a distribuição do Coeficiente de Pressão (Cp) médio e de pico ao longo de uma posição especificada numa estrutura, comparando resultados experimentais com simulações numéricas utilizando vários modelos computacionais. Os dados experimentais incluem medições do estudo de campo Silsoe F-S e ensaios em túnel de vento (WT), enquanto as simulações são realizadas utilizando os modelos RWIND RANS e RWIND URANS. O modelo URANS é ainda dividido em valores médios e de pico para analisar de forma abrangente o comportamento da pressão aerodinâmica.
A comparação na Figura 4 visa avaliar a precisão dos modelos de simulação RWIND na replicação dos resultados experimentais. Métricas estatísticas chave, como o Coeficiente de Correlação (R) e o Coeficiente de Determinação (R²), são apresentadas para quantificar a concordância entre os dados simulados e experimentais, oferecendo informações sobre a fiabilidade destes modelos para análise aerodinâmica. A linha de referência diagonal representa uma correspondência perfeita entre a simulação e os resultados experimentais, e a proximidade dos pontos de dados a esta linha reflete a precisão de cada modelo. A diferença entre o RWIND e o Eurocódigo é de cerca de Wrel,RANS = 11,54% e Wrel,URANS = 21,46%; então, a taxa de acerto pode ser obtida como qRANS = 59% e qURANS,10% = 30% e qURANS,20% = 63%. O erro quadrático médio normalizado é calculado respetivamente; e2RANS = 0,02 e e2URANS = 0,04.
O modelo está disponível para download gratuito aqui:
