Računalno modeliranje aerodinamičkog opterećenja zgrade uz primjenu modela turbulencije Reynoldsovog tenzora naprezanja

završni rad

• Naslov (engleski): Computational modelling of aerodynamic loads on a building using the Reynolds stress turbulence model
• Autor: Loren Frančin
• Mentor: Hrvoje Kozmar (mentor)
• Član povjerenstva: Dražen Lončar (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Goran Krajačić (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Danijel Šestan (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Ante Marušić (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet strojarstva i brodogradnje; Zagreb
• Datum i država obrane: 2023-03-01, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Strojarstvo

Sažetak

Cilj rada je primjena modela turbulencije Reynoldsovog tenzora naprezanja kod računalnog mo- deliranja opstrujavanja zgrade oblika kocke smještene u homogenom atmosferskom graničnom sloju, kako bi se utvrdilo je li spomenutim modelom moguće bolje računalno modelirati opterećenje zgrada u usporedbi s Menterovim k−ω SST modelom. U radu je za razvoj mreže konačnih volumena i računalnu simulaciju korišten programski alat OpenFOAM® , tj. foam-extend-3.2.
U radu su iz jednadžbi modela turbulencije Reynoldsovog tenzora naprezanja izvedeni rubni uvjeti koje je potrebno koristiti kako bi se pravilno računalno modeliralo strujanje homogenog atmosferskog graničnog sloja korištenjem tehnike domene preteče u praznoj dvodimenzijskoj računalnoj domeni. Pritom je strujanje u blizini nepropusne hrapave stijenke modelirano zidnom funkcijom temeljenom na aerodinamičkoj duljini hrapavosti površine. Profili fizikalnih veličina dobiveni računalnom analizom strujanja u dvodimenzijskoj domeni su potom korišteni kao rubni uvjeti na ulaznoj granici trodimenzijske računalne domene u kojoj je smješten model zgrade oblika kocke.
Računalnom analizom strujanja atmosferskog graničnog sloja oko modela zgrade je pokazano da se korištenjem modela turbulencije Reynoldsovog tenzora naprezanja ne postižu bolji rezultati računalno generirane raspodjele koeficijenta tlaka po stranicama zgrade u odnosu na dostupne eksperimentalne rezultate i računalne rezultate dobivene korištenjem ostalih RANS modela turbulencije.

Sažetak (engleski)

The goal in this thesis is the application of the Reynolds stress tensor turbulence model for modelling the flow over a model of a cubic-shaped building in the atmospheric boundary layer to determine whether it yields better results than when using Menter’s k − ω SST turbulence model. The CFD software used to generate the finite volume mesh and computationally model the given problem is a fork of OpenFOAM® called foam-extend-3.2. Proper boundary conditions for a successful modelling of the homogeneous atmospheric boundary layer using the precursor domain technique in an empty two-dimensional computational domain were derived from the Reynolds stress transport equations. A wall function based on the aerodynamic surface roughness length was used to model the flow near the impermeable rough surface. The resulting profiles were subsequently applied onto the inlet boundary of the three-dimensional computational domain which includes the cubic-shaped building model. It was determined that the flow over a cubic-shaped building in the atmospheric boundary layer created using the Reynolds stress transport turbulence model does not provide a better reproduction on the experimental data of the distribution of the pressure coefficient along various lines on the cubic-shaped building model compared to other RANS turbulence models.

• Ključne riječi: Računalna dinamika fluida; Aerodinamika okoliša; Računalna aerodinamika okoliša; Stacionarni homogeni atmosferski granični sloj; Opterećenje zgrade; RANS modeli turbulencije; Model turbulencije Reynoldsovog tenzora naprezanja
• Ključne riječi (engleski): Computational fluid dynamics; Environmental aerodynamics; Computational environmental aerodynamics; Steady-state homogeneous atmospheric boundary layer; Wind loads on structures; RANS turbulence models; Reynolds stress turbulence model
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:529000
• Studijski program: Naziv: Strojarstvo; smjerovi: Konstrukcijski smjer, Procesno-energetski smjer, Proizvodni smjer, Inženjersko modeliranje i računalne simulacije, Brodostrojarski smjer, Industrijsko inženjerstvo i menadžment, Inženjerstvo materijala; Smjer: Inženjersko modeliranje i računalne simulacije; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: preddiplomski; Akademski / stručni naziv: sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka strojarstva (univ. bacc. ing. mech.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2023-02-28 10:21:49