CFD-Simulation bei der Untersuchung von Gebäudeumströmungen

Animierte Darstellung der 2D-Wirbelablösung an einem Schornstein [komprimiertes AVI-File 5,84 MB]

2D-Wirbelablösung - Animation des transienten Prozesses in einem Konturplot
[komprimiertes AVI-File 5,84 MB]

Im Hinblick auf die Untersuchung von Gebäudeumströmungen stellen die Methoden der Strömungssimulation eine interessante Alternative zu experimentellen Modelluntersuchungen im Windkanal dar.

Analog zu den meßtechnischen Untersuchungen lassen sich die für die Auslegung stark windbeanspruchter Bauwerke wichtigen Fragestellungen zu den folgenden Punkten beantworten:

statische und dynamische Windlasten
Einfluß einer Vorlaufbebauung auf das Anströmgeschwindigkeitsprofil
windrichtungsabhängige Widerstands- und Auftriebsbeiwerte
windbedingte Fundamentkräfte und -momente (statisch und dynamisch)

Die Ermittlung der Drücke und Kräfte erfolgt dabei nicht nur an den bei Messungen notwendigerweise anzahlmäßig begrenzten Meßpunkten sondern für die gesamte Außenhaut des Bauwerks.

Als ein einfaches Beispiel für ein schwingungsanfälliges Bauwerk sind nebenstehend die Simulationsergebnisse einer Schornsteinumströmung dargestellt. Das wechselseitige Ablösen der Wirbel führt zu einer dynamischen Druckbelastung des Schornsteins.
Der Einfluß unterschiedlicher Windrichtungen kann numerisch auf einfache Weise untersucht werden.
Das verwendete Turbulenzmodell wurde insbesondere bezüglich der Frequenz und Amplituden der Druckschwankungen anhand eines Vergleichs mit experimentellen Daten validiert.

Die äußeren statischen und dynamischen Druckbedingungen sind aber nicht nur für die statische Auslegung der Gebäudestruktur von Bedeutung, sondern müssen auch bei der Konzeption natürlicher Lüftungseinrichtungen berücksichtigt werden. Wichtige Fragestellungen in diesem Zusammenhang sind die:

Lüftungswirksamkeit und Luftwechselratenbestimmung
Entrauchungswirksamkeit
Einhaltung von Behaglichkeitsanforderungen

Die Analyse und diesbezügliche Optimierung der lüftungstechnischen Einrichtungen ist mit den Methoden der Strömungssimulation im Gegensatz zum Versuch ohne aufwendige Modellbauten möglich.

2D-Schornsteinumströmung - Druckverteilung und Geschwindigkeitsvektoren

	DOWNLOAD Hochaufgelöste Animation 3D-Wirbelablösung an einem quadratischen Schornstein - Konturplot der Geschwindigkeit in zwei Ebenen und Druckverteilung auf der Oberfläche [komprimiertes AVI-File 11,8 MB]	DOWNLOAD Hochaufgelöste Animation Streaklines der 3D-Wirbelablösung an einer Schornsteinumströmung [komprimiertes AVI-File 12,2 MB]
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