توضیحات
پروژه شبیه سازی اثر جریان باد بر ساختمان های مرتفع و بلندمرتبه مجاور هم در نرم افزار انسیس فلوئنت(ANSYS FLUENT)
مهندسی باد به عنوان شاخه ای از علوم فنی مهندسی در ارتباط با بررسی آثار جریان هوا بر محیط طبیعی و سازه های ساخت بشر، شناخته شده است. این علم شامل دامنه وسیعی از مطالعات مانند بررسی پراکندگی آلاینده ها توسط باد، آسایش عابران پیاده، عملکرد توربین های بادی تولید انرژی و … می باشد. از دیدگاه مهندسی سازه، ارزیابی اثر باد وارد بر سازه ها و بررسی پدیده های آئرودینامیکی و آئروالاستیکی حاصل از آن، یکی از اصلی ترین کاربردهای مهندسی باد تلقی می شود.
تاثیر باد بر ساختمان های بلند:
آیرودینامیک، شاخه ای از دینامیک سیالات است که به بررسی رفتار جریان هوا و اثر آن بر اجسام متحرک یا ساکن می پردازد. منظور از حل یک مسئله آیرودینامیکی، محاسبه میدان سرعت، فشار، نیروهای حاصل از سیال و دمای هوا در اطراف اجسام است. از گذشته دور تاکنون خسارات ناشی از طوفان ها به ساختمان ها و دیگر سازه ها جزء جدایی ناپذیری از زندگی انسان ها بوده است به طوری که بادهای شدید بیشترین سهم از نظر خسارات اقتصادی را در میان بلایای طبیعی در جهان دارند. در دو قرن اخیر، خرابی های بزرگ و متعدد سازهای تحت فعالیت های باد توجه بیشتری از جانب مهندسان به خود جلب کرده است. حجم خسارات وارده بسیار زیاد است و این در حالی است که خسارات ناشی از گردبادها نیز می توانند بسیار مخرب باشند. در قرن نوزدهم با معرفی فولاد و بتن به عنوان مصالح ساختمانی تحول بزرگی در شکل ساختمان ها ایجاد شد و به تدریج آنالیز نیروهای تنش در طراحی سازه استفاده شد. در قرن بیستم بخصوص نیمه دوم آن به دنبال پیشرفت ها در محاسبات و مدل سازی های کامپیوتری نسل تازه ای از ساختمانهای بلندمرتبه ساخته شدند. امروزه با پیشرفت فناوری ساخت و ساز و افزایش تقاضای شهرنشینی، توسعه ارتفاعی کلان شهرها رشد فزاینده ای دارد. با افزایش ارتفاع ساختمانها رفتار آنها تحت نیروی های باد از حالت صلب خارج شده و شروع به نوسان می کنند تا جایی که بادهای شدید می توانند از زلزله هم برای ساختمان مخرب تر باشند. از این رو، در طراحی ساختمانهای بلندمرتبه معمولا نیروی باد به عنوان بارگذاری حاکم در نظر گرفته می شود. ملاحظات کاهش وزن سازه که برای طراحی بهینه المان ها و همچنین کاهش نیروی زلزله حیاتی هستند، ساختمان های بلند را در برابر باد آسیب پذیرتر می کنند. اما از طرف دیگر، هندسه ظاهری ساختمان تأثیر بسیار زیادی در کاهش یا افزایش نیروهای ناشی از باد دارد. بنابراین طراحی بهینه ساختمان های بلندمرتبه از نظر آئرودینامیکی تأثیر بسیار زیادی بر هزینه های ساخت دارد. از آغاز بررسی اثرات نیروی باد بر ساختمان ها تاکنون مدل سازی رفتار ساختمان های بلندمرتبه تحت آزمایش های تجربی تونل باد صورت می گیرد. انجام این آزمایش های پرهزینه بوده و زمان برپایی نسبتا زیادی را نیاز دارد. از طرفی دیگر محدودیت های فیزیکی مانند مدل سازی مقیاس شده، عدم امکان بررسی خصوصیات جریان در نقاط دلخواه و برخی مسائل دیگر نقاط ضعف این روش به حساب می آیند که می توان این نقاط ضعف را در مدل سازی عددی پوشش داد. به طور کلی بزرگ ترین سد پیش روی مدل سازی عددی جریان باد در لایه مرزی اتمسفری هزینه محاسباتی بالای آن است. امروزه با پیشرفت های فراوان در زمینه ی مدل سازی بهینه جریان آشفته در مهندسی باد محاسباتی، توسعه نرم افزارهای تجاری و همچنین افزایش روزافزون توان محاسباتی کامپیوترها، مدل سازی های عددی دقت بالاتری به دست آورده اند.
شرح پروژه:
در این پروژه شبیه سازی اثر جریان باد بر ساختمان های مرتفع و بلندمرتبه مجاور هم در نرم افزار انسیس فلوئنت(ANSYS FLUENT) انجام شده است.
هندسه مسئله:
هندسه مسئله در نرم افزار سالیدورک و انسیس دیزاین مدلر(ANSYS Design Modeler) رسم شده است.
مش بندی و شبکه:
مش بندی و شبکه در نرم افزار انسیس مشینگ(ANSYS Meshing) تولید شده است.
شبیه سازی و حل:
شبیه سازی در نرم افزار انسیس فلوئنت انجام شده است.
به منظور حل مسئله از حلگر فشار مبنا (pressure based) استفاده شده است.
مدل لزجت:
مدل لزجت استفاده شده در این پروژه، مدل آشفتگی دو معادله ایSST k-w می باشد.
وابستگی سرعت-فشار:
از الگوریتم حل کوپل(coupled) برای حل معادلات وابستگی سرعت-فشار استفاده شده است.
نمونه نتایج شبیه سازی:
