Ansys CFX. Определение ветровых нагрузок на сооружения «АВК Домодедово»

Материал с сайта: http://www.cae-services.ru/

Проведено математическое моделирование ветровой обстановки в районе «АВК Домодедово» с целью определения ветровых нагрузок на сооружения «АВК Домодедово».

Расчеты проведены путем численного решения трехмерных нестационарных уравнений газовой динамики с учетом турбулентности потока.

Для определения аэродинамических нагрузок проводилось шесть вариантов расчетов.

В качестве основного расчетного варианта рассматривалась модель «АВК Домодедово» без многоуровневой автомобильной парковки.

Для данной модели проводилось четыре расчета для различных вариантов направления ветра (X, -X, Z, -Z) с характерной скоростью U_ref = 30 м/с (при y_ref = 30м).

Для основного направления (-Z) проводится дополнительный расчет с характерной скоростью ветра U_ref=15 м/с (при y_ref = 10м).

Отдельный расчет проводился для оценки влияния многоуровневой автомобильной парковки, расположенной перед аэровокзальным комплексом.

Рассматривался ветер основного направления (-Z) с характерной скоростью U_ref = 30 м/с (при y_ref = 30м).

Рис. 1. Варианты геометрии модели.

Высотный профиль скорости ветра задан согласно модели Монина-Обухова для нейтральной стратификации атмосферы (температура воздуха постоянна и не зависит от высоты).

Данная модель наиболее проста и позволяет записать для профиля скорости выражение вида: U=(u/k)*ln(y/y0), где y0- параметр шероховатости подстилающей поверхности. Для определения масштаба применяются данные измерений профилей скорости ветра в пределах приземного слоя: u = (U_ref *k)/ln(y_ref/y0).

Атмосферная турбулентность описывается двумя параметрами: кинетической энергией турбулентного движения k и скоростью ее диссипации e . Для нейтральной стратификации, профили данных величин можно записать в виде: k=(u^2)/(C_mu)^0.5 и е=(u^3)/k*z.

Для вычисления турбулентных напряжений Рейнольдса применен вариант RNG модели турбулентности.

Геометрия земной поверхности в радиусе ~500м от центра модели учитывала характерные особенности реальной поверхности (холмы, насыпи и т.п.), далее геометрия поверхности «выводилась» линейной интерполяцией на нулевой уровень на радиусе 1000м.

Поверхность модели была разделена на три типа шероховатости в соответствии с характером окружающей поверхности.

Полное количество элементов N~4.5 миллиона.

Задача решалась в нестационарной постановке.
Основным результатом работы являются поля давления по поверхности модели, поэтому при расчете проводилось статистическое усреднение поля давления по времени T ~ 20-40с, за это время массы воздуха преодолевают расстояние вдвое превышающее характерный размер объекта и таким образом гарантируется усреднение результата по времени превышающему характерное время жизни максимально крупных вихрей вокруг модели.

Результаты.

Ниже показаны некоторые характерные результаты расчетов.

Рис. 3. Поле мгновенной скорости в сечение (ZX) при Y=20м

Примеры распределения осредненного давления по поверхности модели.

Вариант расчета с характерной скоростью ветра =15 м/с.
Для удобства восприятия и количественной оценки поля представляются в двух вариантах - давление положительное и давление отрицательное.

Рис. 4. Распределение отрицательного давления по поверхности модели (общий вид).

Рис. 5. Распределение положительного давления по поверхности модели (общий вид).