CFD-Simulation: Alternative zu Tests im Windkanal

Windkanaltests erfordern eine teure Einrichtung und hochentwickelte Instrumente, um eine Vielzahl von Faktoren zu messen. einer Reihe von Feldvariablen zu messen. (Windgeschwindigkeit, Druckbelastungen, Turbulenzintensität usw.).

Diesschränkt das Gesamtverständnis der evolutiven oder transienten Prozesse komplexer instationärer Phänomene (wie z.B. Wirbelzertrümmerung, Turbulenzen und thermische Schichtung)erheblich ein.

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Beispiel einer CFD-Simulation des Windes in La Défense

Die verschiedenen Schritte eines Windkanaltests

Ein Windkanaltest ist ein aerodynamischer Test in einem Windtunnel, bei dem das Verhalten eines Objekts untersucht wird, das einem Luftstrom ausgesetzt ist, der die tatsächlichen Bedingungen simuliert.

Die wichtigsten Schritte eines Windkanaltests sind :

1. Zieldefinition: Vor der Durchführung eines Windkanaltests ist es wichtig, das Ziel des Tests klar zu definieren.
Dies kann die Untersuchung des Luftwiderstandes eines Fahrzeugs, die Optimierung des Auftriebs eines Flugzeugflügels oder die Bewertung der Stabilität eines Gebäudes im Wind sein.

2. Modelldesign: Ein verkleinertes Modell des zu untersuchenden Objekts wird gewöhnlich in einem verkleinerten Maßstab hergestellt, damit es im Windkanal getestet werden kann.
Das Modell kann aus verschiedenen Materialien wie Kunststoff, Holz oder sogar 3D-Druck hergestellt werden.

3. Aufstellung des Modells im Windkanal: Sobald das Modell fertig ist, wird es im Windkanal so positioniert, dass es dem Luftstrom ausgesetzt ist.
Halterungen und Messsysteme werden verwendet, um das Modell in Position zu halten und die relevanten Daten während des Tests zu sammeln.

4. Einstellung der Prüfbedingungen: Vor Beginn der Prüfung müssen die Prüfbedingungen eingestellt werden, wie z. B. Windgeschwindigkeit, Temperatur und Druck.
Diese Bedingungen werden in der Regel anhand der spezifischen technischen Spezifikationen des zu prüfenden Objekts festgelegt.

5. Sammlung von Daten : Während der Prüfung werden verschiedene Messungen und Beobachtungen durchgeführt, um das Verhalten des Objekts im Luftstrom zu bewerten.
Dies kann die Messung der auf das Objekt ausgeübten Kraft (Luftwiderstand, Auftrieb), die Visualisierung des Luftstroms mit Hilfe von Visualisierungstechniken (Rauch, Partikel) oder die Messung des Drucks auf der Oberfläche des Objekts umfassen.

6. Analyse der Ergebnisse: Nachdem die Daten gesammelt wurden, werden sie analysiert, um Schlussfolgerungen über das aerodynamische Verhalten des Objekts zu ziehen.
Die Ergebnisse des Windkanaltests werden häufig in Form von technischen Berichten, Grafiken oder Visualisierungen präsentiert, um die Schlussfolgerungen der Studie und mögliche Empfehlungen für die Optimierung des Testobjekts zu vermitteln.

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Aeraulische Studie im Eiffel-Windkanal - Credit @AirDesignLab und @EOLIOS

CFD: eine Toolbox-ähnliche Evolution

Numerische Modellierung von Windkanaltests

CFD bietet viele Vorteile im Vergleich zu Windkanalversuchen. Neben der Generierung von Simulationen im realen Maßstab (anstelle von Modellen im kleinen Maßstab für viele physikalische Simulationen) liefert sie auch zusätzliche Daten und ermöglicht es, für einen bestimmten Wind die Windgeschwindigkeiten zwischen zwei Punkten gleichzeitig zu vergleichen.

Es ist möglich, hydrologische, lufttechnische oder thermische Studien in verschiedenen Maßstäben durchzuführen: von der Mikroelektronik bis hin zu Studien von Gebäuden und Städten.

Die Ergebnisse können klarer visualisiert und einem breiteren Publikum erklärt werden.