From numerical prototypes to real models: a progressive study of aerodynamic parameters of nonconventional concrete structures with Computational Fluid Dynamics
Abstract The practical evaluation of aerodynamic coefficients in unconventional concrete structures requires specific studies, which are small-scale models evaluated in wind tunnels. Sophisticated facilities and special sensors are needed, and the tendency is for modern and slender constructions to...
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| Published in: | Revista IBRACON de estruturas e materiais Vol. 13; no. 3; pp. 628 - 643 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Journal Article |
| Language: | English |
| Published: |
IBRACON - Instituto Brasileiro do Concreto
01-06-2020
Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON) |
| Subjects: | |
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| Summary: | Abstract The practical evaluation of aerodynamic coefficients in unconventional concrete structures requires specific studies, which are small-scale models evaluated in wind tunnels. Sophisticated facilities and special sensors are needed, and the tendency is for modern and slender constructions to arise with specific demands on their interaction with the wind. On the other hand, the advances obtained in modern multi-core processors emerge as an alternative for the construction of sophisticated computational models, where the Navier-Stokes differential equations are solved for fluid flow using numerical methods. Computations of this kind require specialized theoretical knowledge, efficient computer programs, and high-performance computers for large-scale calculations. This paper presents recent results involving two real-world applications in concrete structures, where the aerodynamic parameters were estimated with the aid of computational fluid dynamics. Conventional quad-core computers were applied in simulations with the Finite Volume Method and a progressive methodology is presented, highlighting the main aspects of the simulation and allowing its generalization to other types of problems. The results confirm that the proposed methodology is promising in terms of computational cost, drag coefficient estimation and versatility of simulation parameters. These results also indicate that mid-performance computers can be applied for preliminary studies of aerodynamic parameters in design offices.
Resumo A avaliação prática dos coeficientes aerodinâmicos em estruturas de concreto não convencionais demanda estudos específicos, que consistem em modelos em escala reduzida, em túnel de vento, para estimativa desses parâmetros. Instalações sofisticadas e sensores especiais são necessários, e a tendência é que as construções modernas, cada vez mais esbeltas e arrojadas, surjam com demandas específicas em relação a sua interação com o vento. Por outro lado, o avanço obtido em processadores modernos do tipo multi-núcleo, emerge como uma alternativa para a construção de modelos computacionais sofisticados, onde as equações diferenciais de Navier-Stokes são resolvidas para o escoamento do fluido por meio de métodos numéricos. Análises deste tipo demandam conhecimento teórico especializado, programas computacionais eficientes e computadores de alta performance para cálculos em larga escala. Este artigo apresenta resultados recentes envolvendo duas aplicações reais em estruturas de concreto, onde os parâmetros aerodinâmicos foram estimados com o auxílio da dinâmica dos fluidos computacional. Computadores convencionais do tipo quad-core foram empregados em simulações com o Método dos Volumes Finitos e uma metodologia progressiva é apresentada, destacando os principais aspectos da simulação e permitindo a sua generalização a outros tipos de problemas. Os resultados confirmam que a metodologia proposta é promissora em termos de custo computacional, estimativa do coeficiente de arrasto e versatilidade dos parâmetros da simulação. Esses resultados confirmam que computadores de média performance podem ser aplicados a estudos preliminares de parâmetros aerodinâmicos em escritórios de projeto. |
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| ISSN: | 1983-4195 1983-4195 |
| DOI: | 10.1590/s1983-41952020000300012 |