Trabajo de grado - Maestría
Evaluación de modelos computacionales en CFD para la predicción del comportamiento del viento alrededor de edificios
Fecha
2018Registro en:
instname:Universidad de los Andes
reponame:Repositorio Institucional Séneca
Autor
Ramírez Ruiz, Carlos Guillermo
Institución
Resumen
"La seguridad y el confort de los peatones relacionados al flujo de viento es un requerimiento que ha adquirido una creciente importancia en áreas urbanas. Estos estudios involucran datos meteorológicos estadísticos, información aerodinámica y criterios para seguridad y confort relacionado al viento. Es posible obtener información aerodinámica detallada usando CFD, la cual presenta ventajas considerables respecto a pruebas en túnel de viento. Sin embargo, la precisión y confiabilidad de simulaciones en CFD pueden estar fácilmente comprometidas. Una simulación efectiva del viento alrededor de edificios debe ser capaz de predecir correctamente el campo de velocidades alrededor de la geometría de estudio, en especial cerca al suelo y en las zonas donde haya presencia de peatones. Lo anterior implica que los parámetros de simulación de un modelo de CFD deben ser validados con datos experimentales con el fin de establecer una guía de buenas prácticas. Dentro de este marco de validación se encuentra este trabajo, en el cual se realizaron estudios comparativos enfocados en analizar la influencia de las condiciones de frontera y el desempeño de modelos de turbulencia. Los resultados demostraron la importancia e influencia del establecimiento detallado de las condiciones de frontera (imposición de perfiles de velocidad y turbulencia en la entrada, así como el uso de funciones de pared para la rugosidad relacionada en el suelo). El análisis de modelos de turbulencia mostró que Modelos LES e híbridos RANS-LES como el DES mostraron la mayor calidad de resultados, pero con costos computacionales muy elevados para su aplicación en la industria. El modelo k-w SST estacionario mostró ser el mejor modelo tanto en resultados como en costos computacionales. A partir de este análisis, se desarrolló una guía de buenas prácticas y se implementó este conocimiento en un análisis de diseño sobre un caso de construcción real y complejo, evaluado mediante normas técnicas internacionales."--Tomado del Formato de Documento de Grado. "The safety and comfort of pedestrians related to wind flow is a requirement that has acquired a growth dimension in urban areas. These studies involve statistical meteorological data, aerodynamic information and criteria for safety and comfort related to the wind. It is possible to obtain aerodynamic information with CFD, which presents considerable advantages compared to wind tunnel tests. However, the accuracy and reliability of CFD simulations may be easily compromised. An effective simulation of the wind around buildings must be able to correctly predict the velocity field around the study geometry, especially near the ground and in areas where pedestrians are present. This implies that the simulation parameters of a CFD model must be validated with experimental data in order to establish a guide of best practices. Within this framework of validation is this work, in which comparative studies were made focused on the analysis of the influence of boundary conditions and the performance of turbulence models. The results demonstrated the importance and influence of the detailed framework of boundary conditions (imposition of velocity profiles and turbulence at the entrance, as well as the use of wall functions for related roughness at the ground). The analysis of turbulence models showed models as LES and RANS-LES hybrids as the best known as the quality of the results, but with very high computational costs for their application in the industry. The stationary k-w SST model proved to be the best model both in terms of results and computational costs. Based on this analysis, a good practice guide can be accessed and this knowledge is implemented in a design analysis on a real and complex construction case, evaluated through international technical standards."--Tomado del Formato de Documento de Grado.