Análisis CFD del efecto de escala en el diseño de ensayos de túnel de viento para caracterizar la velocidad del aire observada por drones en misiones urbanas

Abstract

[ES] En este documento se realiza un estudio CFD de flujo urbano, utilizando STAR-CCM, que trata de entender como reproducir las condiciones de un túnel de viendo en este tipo de problemas y como afectan la escala y dirección del viento a los resultados obtenidos. La geometría de estudio es un modelo simplificado de la ciudad de Benidorm, sometida a perfiles CLA típicos. Para la simulación, se emplea una malla que permite obtener resultados coherentes sin un coste computacional elevado y submodelos de turbulencia RANS. Comprobada la convergencia y validez de los resultados obtenidos en un caso preliminar, se pasa a variar distintos parámetros de la configuración del mismo.

Primero, se trata de comprender de que manera se puede conseguir una reproducción más fiel en CFD de los resultados que se obtendrían en un túnel de viento, para lo que se varía la sección del dominio y las condiciones de contorno del mismo. Se llega a la conclusión de que se debe utilizar una sección lo más similar posible a la del túnel en el que se realizarán los experimentos y para una mayor precisión, imponer condición de pared en los laterales del dominio.

Después se realiza un estudio de influencia de la escala, que determina como la cercanía de la ciudad con los laterales del dominio implica el bloqueo del flujo en esta zona. Por último, se refleja como la dirección del viento ejerce una gran influencia en la velocidad desarrollada por este en la ciudad.

Con los resultados obtenidos se emplaza a la realización de experimentos para su corroboración y determinar cómo afectan en un túnel de viento las variaciones realizadas.

[EN] In this document, a CFD study of urban flow is carried out, using STAR-CCM, which tries to understand how to reproduce the conditions of a wind tunnel in this type of problem and how the scale and direction of the wind affect the results obtained. The studied geometry is a simplified model of the city of Benidorm, submitted to typical CLA profiles. For the simulation, the mesh used allows obtaining coherent results without a high computational cost and RANS turbulence submodels. Once the convergence and validity of the results obtained, in a preliminary case, have been verified, different parameters of its configuration are varied.

First, it is a question of understanding how a more faithful reproduction of the wind tunnel results can be achieved in CFD, for which the section of the domain and its boundary conditions are changed. It is concluded that a section as similar as possible to the section of the tunnel in which the experiments will be carried out should be used and, for greater accuracy, impose a wall condition on the laterals of the domain.

Afterwards, a study of the influence of the scale is carried out, which determines how the proximity of the city to the sides of the domain implies blocking the flow in this area. Finally, it is reflected how the direction of the wind exerts a great influence on the speed developed by it in the city.

With the results obtained, experiments should be carried out for their corroboration and to determine how the variations carried out affect them in a wind tunnel.

[CA] En aquest document es realitza un estudi CFD de flux urbà, utilitzant STAR-CCM, que tracta d’entendre com reproduir les condicions d’un túnel de vent en aquest tipus de problemes i com afecten l’escala i direcció del vent als resultats obtinguts. La geometría d’estudi es un model simplificat de la ciutat de Benidorm, sotmesa a perfils CLA típcs. Per a la simulació, s’empra una malla que permet obtindre resultats coherents sense implicar un cost computacional elevat i submodels de turbulència RANS. Comprovada la convergència i validesa dels resultats obtinguts en un cas preliminar, es passa a variar diferents paràmetres de la configuració d’aquest. Primer, es tracta de comprendre de quina manera se pot aconseguir una reproducció més fidel en CFD dels resultats que s’obtindrien en túnel de vent, per al que es varia la secció del domini i les condicions de contorn d’aquest. S’arriba a la conclusió de que s’ha d’utilizar una secció el més semblant possible a la túnel, en el que se realitzaran els experiments, i per a una major precisió imposar la condició de paret en els laterales del domini. Després es realitza un estudi d’influència de l’escala, que determina com la proximitat de la ciutat amb els laterals del domini implica el bloqueig del flux en aquesta zona. Per últim, es reflecteix com la direcció del vent exerceix una gran influència en la velocitat desenvolupada pel aquest a la ciutat. Amb els resultats obtinguts s’emplaça a la realització d’experiments per a la seua corroboració i determinar com afecten en un túnel de vent les variacions realitzades.