A seguir apresentam-se as configurações utilizadas para os modelos dos edifícios:
Tabela 12: Configurações para análise dos edifícios - MESH Fonte Próprio autor.
PARÂMETROS GERAIS DA MALHA
Tipo de elemento de malha Tetraédrica
PARÂMETROS INDIVIDUAIS DA MALHA
Modelos
Tamanho máximo do elemento edificio/ Tamanho máximo do elemento pitot/ quantidde de nós da malha/ quantidade
de elementos da malha 1G-V0-0m-3s-LAMINAR 0,5/ 0,02/ 444.479/ 1.332.818 1G-V0-0m-3s/5s/10s-TURBULENTO 0,5/ 0,02/ 444.479/ 1.332.818 1G-V90-0m-3s-LAMINAR 0,5/ 0,02/ 444.213/ 1.336.104 1G-V90-0m-3s-TURBULENTO 0,5/ 0,02/ 444.213/ 1.336.104 2G-V0-5m 0,5/ 0,03/ 468.339/ 1.404.388 2G-V90-5m 0,5/ 0,03/ 469.728/ 1.409.630 2G-V0-10m 0,5/ 0,03/ 484.498/ 1.450.483 2G-V90-10m 0,5/ 0,03/ 479.391/ 1.439.861 2G-V0-15m 0,5/ 0,03/ 485.887/ 1.458.758 2G-V90-15m 0,5/ 0,03/ 485.073/ 1.455.774 3G-V0-5m 0,6/ 0,03/ 501.516/ 1.497.397 3G-V90-5m 0,6/ 0,03/ 499.099/ 1.490.736 3G-V180-5m 0,6/ 0,03/ 494.775/ 1.484.327 3G-V0-10m 0,6/ 0,03/ 497.138/ 1.505.001 3G-V90-10m 0,6/ 0,03/ 501.072/ 1.509.773 3G-V180-10m 0,6/ 0,03/ 496.613/ 1.502.782 3G-V0-15m 0,6/ 0,03/ 508.780/ 1.528.870 3G-V90-15m 0,6/ 0,03/ 511.386/ 1.532.182 3G-V180-15m 0,6/ 0,03/ 508.741/ 1.528.741
Tabela 13: Configurações para análise dos edifícios - SETUP. Fonte Próprio autor.
CONFIGURAÇÕES GERAIS DA ANÁLISE - SETUP
Analysis Type - 3s Transient - 100 Timesteps per run - 0,03 s - Total 3s
Analysis Type - 1G-V0-0m-5s Transient - 100 Timesteps per run - 0,05 s
- Total 5s
Analysis Type - 1G-V0-0m-10s Transient - 200 Timesteps per run - 0,05 s
- Total 10s
Default Domain
Pitot, Edificio, Parede, Piso (Wall/ No slip wall)/ Entrada (Inlet/ Normal Speed - 35m/s/ Turbulence - Medim intensity) /
Saída (Outlet/ Option -Average Static pressure/ Relative Pressure - 0 Pa/ Pres.
Profile Blend - 0,05)
Initialization
Material - Air at 25 C/ Continuos Fluid/ Reference Pressure 1 atm/ Non Buoyant/ Stationary/ Mesh Deformation - None/ Heat
Transfer - Isothermal 25 C/ Combustion and Thermal radiation - None Initialization - Turbulence Model Shear Stress Transport Initialization - Turbulence Model
1G-V0-0m-3s-LAMINAR 1G-V90-0m-3s-LAMINAR
Laminar Initialization - Wall Function Automatic Initialization - Velocity Components
V 0º e V 180º
Cartesian - u = 0, v = 0, w = 35 m/s/ Satatic pressure - Automatic with value - 0
P/ turbulence Medium (Intensity 5%) Initialization - Velocity Components
V 90º
Cartesian - u = 35, v = 0, w = 0 m/s/ Satatic pressure - Automatic with value - 0
P/ turbulence Medium (Intensity 5%) Output Control Trn Results - output frequency (Time step
Interval - 10) Solver Control
Advection Scheme - High Resolution/ Transient Scheme - Second Order Backward Euler/ turbulence Numerics -
High Resolution
Solver Control - Convergence Control Min. Coeff. Loops 1 - Max. Coeff. Loops 10 Solver Control - Convergence Criteria RMS - 0,0001
APÊNDICE B – TUTORIAL ANSYS CFX
Apresenta-se nesta seção um tutorial para criar um modelo da ação do vento em um edifício conforme modelo 1G-V0-0m-Turbulento-3 s (um edifício com vento incidindo a 0° e com 3 s de rajada), utilizando ANSYS – CFX.
Primeiramente deve-se abrir o “Workbench”. Na aba do lado esquerdo estará o “Toolbox”, em “Analysis Systems” deve-se selecionar a opção “Fluid Flow”
(CFX), arrastando essa opção para a aba do lado direito “Project Schematic”, e
então teremos a seguinte tela:
Figura 127: Tela Inicial no Workbench - CFX. Fonte: Próprio autor.
O primeiro passo para uma análise em CFX é definir a geometria do domínio, isso é feito no item “Geometry” na aba “Projetct Schematic”. O item B.1 especifica os passos que devem ser utilizados nessa etapa. Antes de abrir o “Geometry” é possível configurar a tela de acordo com a preferência do usuário, basta clicar em “Tools”, “options”, “appearance” e configurar a tela, conforme Figura 128, para deixar o fundo branco basta escolher a cor branca em “background
Color2”, sendo este procedimento opcional, caso não seja realizado, o fundo da área
Figura 128: Configuração de tela - CFX.Fonte: Próprio autor.
B.1 Geometria
A geometria pode ser importada de uma plataforma CAD ou desenhada no ANSYS – CFX, para este tutorial optou-se por desenhar o domínio no “DesignModeler” do software. Basta clicar duas vezes na opção “Geometry” indicada na Figura 127 para se iniciar a construção do domínio, a Figura 129 apresenta a tela de trabalho.
O edifício será desenhado no eixo XY, então basta clicar com o botão direito do mouse sobre o “XYPlane” e ativar a opção “Look at” (Figura 130). Os itens seguintes são descritos em tópicos:
Clicar na no item “New Sketch” (Figura 131);
Na aba “Sketching”:
o Ativar o “grid” em “settings” (Figura 132);
o Escolher a ferramenta “polyline” em “draw” e desenhar a forma desejada (Figura 133);
o Ajustar as dimensões utilizando o “dimensions” (Figura 134).
Figura 131: New Sketch - DesignModeler - CFX.Fonte: Próprio autor.
Figura 132: Grid - DesignModeler - CFX. Fonte: Próprio autor.
Figura 134: Draw - DesignModeler - CFX.Fonte: Próprio autor.
Agora é feita a extrusão do sketch gerado, basta clicar em “extrude” e configurar os parâmetros da extrusão. Nos detalhes da extrusão podem-se configurar distâncias assimétricas, simétricas, só em uma direção, elementos com espessuras ou blocos maciços, como para o edifício em questão não será avaliado coeficientes de pressão internas, considerou-se o mesmo sendo maciço. Após configurar todos os parâmetros, é preciso gerar a forma utilizando a ferramenta “genarate”, as configurações da extrusão estão indicadas na Figura 135.
Após a extrusão é preciso inserir o tubo de Pitot, a pressão na face à barlavento deste tubo servirá como referência para encontrarmos os coeficientes de pressão e de forma externos. É importante que este tubo esteja em uma região que não altere as condições do fluxo próximo ao edifício analisado e na altura máxima do edifício em questão. Para inserir o cilindro que vai simular o tubo de Pitot, utiliza-se a ferramenta “create”, “primitives”, “cylinder” (Figura 136), as propriedades do cilindro (posição e dimensão) são indicadas na Figura 137, aqui também é preciso utilizar a ferramenta “genarate” antes de passar para a próxima etapa.
Figura 135: Extrusão do edifício- DesignModeler - CFX.Fonte: Próprio autor.
Figura 137: Inserido o Pitot (2) - DesignModeler - CFX. Fonte: Próprio autor.
Criado o edifício e o cilindro, é preciso criar o elemento que vai envolver o edifício e em seguida formar o domínio de análise. Vamos utilizar um paralelepípedo para tal função. As recomendações para o dimensionamento do domínio estão descritas no item 5.1.1. Os passos para desenhar o paralelepípedo são os mesmos para desenhar o edifício (criar um novo “sketch”, ajustar suas dimensões e fazer a extrusão), a única diferença é que a extrusão não pode ser como um volume maciço (já que o fluxo tem que escoar ao redor do edifício analisado) e que há a necessidade de se fechar a extrusão, pois como ela tem espessura, as partes frontal e do fundo ficam abertas. As Figuras 138 a 144 ilustram os passos para construção do domínio.
Figura 138: Inserido o retangulo - DesignModeler - CFX.Fonte: Próprio autor.
Figura 140: Fechando as aberturas (New Plane) - DesignModeler - CFX. Fonte: Próprio autor.
Figura 141: Fechando as aberturas (Configurando o plano) - DesignModeler - CFX. Fonte: Próprio autor.
Para fechar as faces, após criar um novo plano XY utilizando a ferramenta “new plane”, deve-se desenhar um “sktech” no plano criado com dimensão maior ou igual à abertura e criar uma superfície para o “sktech” gerado. Este procedimento deve ser realizado para as faces frontal e do fundo. Na Figura 141 o plano criado está na face frontal localizada coordenada (0, 0, 100), para o fundo a coordenada deve ser (0, 0, -100). O valor de 100 é porque o paralelepípedo tem 200 m de profundidade (100 m na direção positiva do eixo z e 100 m na direção negativa do mesmo eixo).
Figura 142: Fechando as aberturas (Sketch no plano criado) - DesignModeler - CFX. Fonte: Próprio autor.
Figura 143: Fechando as aberturas (Criando uma superfície para o Sketch 3) - DesignModeler - CFX.Fonte: Próprio autor.
Figura 144: Fechando as aberturas (Superfície criada para o Sketch 3) - DesignModeler - CFX.Fonte: Próprio autor.
Após repetir o procedimento para a face do fundo, o paralelepípedo ficará conforme Figura 145 e a janela “Tree Outline” deverá ficar conforme a Figura 146.
Figura 145: Prisma gerado (a) Face Frontal (b) Face do Fundo - DesignModeler - CFX.Fonte: Próprio autor.
Figura 146: Configuração da Tree Outline - DesignModeler - CFX. Fonte: Próprio autor.
Com as geometrias criadas é preciso criar o domínio de análise que é justamente o volume entre o edifício e o paralelepípedo que o envolve, para isso utiliza-se a ferramenta “Fill” conforme Figuras 147 e 148.
Figura 148: Criando o domínio (2) – Fill - DesignModeler - CFX. Fonte: Próprio autor.
Após criar o domínio (“Solid” em destaque na Figura 148) devem-se suprimir os elementos que não são utilizados na análise, este procedimento está ilustrado na Figura 149.
Figura 149: Elementos suprimidos - DesignModeler - CFX. Fonte: Próprio autor.
Com isso temos o domínio criado (Figura 150). A próxima etapa é salvar o projeto, fechar o “DesignModeler” e dar início a configuração da malha que será apresentada no item B.2.
Figura 150: Domínio de análise - DesignModeler - CFX.Fonte: Próprio autor. B.2 Malha
De volta à tela inicial do “Workbench” deve-se dar um clique duplo na etapa “Mesh”, perceba que o item “Geometry” já está definido conforme Figura 151.
No “Mesh” deve-se definir o elemento que será utilizado, apesar de utilizarmos o CFX, a Ansys recomenda que a malha seja criada para o Fluent. Essa configuração é feita clicando em “Mesh” e selecionando a opção “Fluent” em “Solver
Preference” (conforme Figura 152), em seguida vamos definir o tipo de elemento que
vamos utilizar, clicando com o botão direito do “Mesh” e escolhendo a opção “Insert” e “Method” (Figuras 153 e 154), após este procedimento deve-se clicar em “Generate Mesh”. A Figura 155 mostra a malha gerada (observe que ainda não foi realizado refinamento da malha). Para verificar a seção transversal do domínio, basta utilizar a ferramenta “New Section Plane” destacada na Figura 154.
Figura 152: Configuração Inicial - Mesh - CFX.Fonte: Próprio autor.
Figura 154: Definindo o Elemento (2) - Mesh - CFX.Fonte: Próprio autor.
Figura 155: Malha sem refinamento - Mesh - CFX.Fonte: Próprio autor.
Para selecionar o corpo, deve-se estar com a ferramenta de seleção “Body” selecionada. Para o próximo passo devemos nomear os elementos do domínio. Nessa etapa mudar as ferramentas de seleção de acordo com o elemento a ser selecionado facilita o processo, para as faces, a ferramenta de seleção deve ser a “Face” e para o edifício e o cilindro a ferramenta deve ser a “Box Select” É possível selecionar mais de uma face ou elemento mantendo a tecla “Ctrl”
selecionada. Para nomear as faces basta clicar com o botão direito na face em questão e selecionar a opção “Create Named Selection”. As Figuras 156 a 162 apresentam a seleção e os nomes criados para cada face e/ou elemento. A Figura 163 mostra a janela “Outline” após os nomes serem criados.
Figura 156: Nomeando as faces - Mesh - CFX.Fonte: Próprio autor.
Figura 158: Parede - Mesh - CFX.Fonte: Próprio autor.
Figura 159: Saída - Mesh - CFX.Fonte: Próprio autor.
Figura 161: Edifício - Mesh - CFX.Fonte: Próprio autor.
Figura 162: Pitot - Mesh - CFX.Fonte: Próprio autor.
Após determinar os nomes dos elementos, a próxima etapa é o refinamento da malha, para isso basta clicar com o direito em “Mesh” e selecionar a ferramenta “Sizing” (Figura 164), este procedimento deve ser realizado tanto para o edifício (Figura 165) como para o cilindro (Figura 166). No “Sizing”, deve-se especificar o tamanho do elemento. Os valores utilizados seguem o que foi indicado na Tabela 12 do Apêndice A. Na Figura 167 apresenta-se a malha após o refinamento.
Figura 164: Refinamento da Malha Sizing - Mesh - CFX.Fonte: Próprio autor.
Figura 166: Refinamento da Malha Sizing Cilindro (Pitot) - Mesh - CFX.Fonte: Próprio autor.
Figura 167: Malha Refinada - Mesh - CFX. Fonte: Próprio autor.
A próxima etapa é inserir os parâmetros da camada limite, para isso clica- se com o direito em “Mesh” e seleciona-se a ferramenta “Inflation” (Figura 168), os parâmetros da camada limite estão indicados na Tabela 9 e devem ser configurados conforme Figura 169. No item “Scoping Method” deve-se selecionar todo o domínio, em “Boundary Scoping Method” a opção “Named Selection” deve ser selecionada e na opção “Boundary” seleciona-se as opções: “Parede”, “Piso”, “Edificio” e “Pitot”. Com isso, deve-se gerar a malha novamente. A Figura 170 apresenta os detalhes da camada limite.
Figura 168: Camada Limite Inflation - Mesh - CFX.Fonte: Próprio autor.
Figura 169: Parêmetros Inflation - Mesh - CFX.Fonte: Próprio autor.
Por fim podem-se analisar as características da malha gerada e analisar os parâmetros de qualidade da mesma conforme Figura 171. Após salvar o arquivo, pode-se fechar a janela e passar para a etapa seguinte.
Figura 171: Características e Parâmetros de Qualidade da Malha - Mesh - CFX. Fonte: Próprio autor.