Modelovanie kategórií terénu vo veternom tuneli [vedanadosah.sk]

Stredná rýchlosť vetra, intenzita turbulencií, integrálna dĺžková škála turbulencií a spektrá turbulencií. To je súbor piatich parametrov, na základe ktorých sa v skutočných podmienkach rozdeľuje terén.
„Kategória terénu je dôležitý parameter, ktorý ovplyvňuje tvorbu atmosférickej medznej vrstvy, a tým aj výsledky experimentov vo veternom tuneli. Kategórie terénu sa vo veterných tuneloch modelujú zjednodušene pomocou rôznych prvkov, ako sú kocky z polystyrénu alebo dreva, drôteného pletiva, profilovaných fólií a podobne,“ uvádza Ing. Bohuš Bohunický (Stavebná fakulta Slovenskej technickej univerzity v Bratislave). Jeho projekt, na ktorý dostal grant STU, rieši modelovanie kategórií terénu vo veternom tuneli.
Vo veternom tuneli Stavebnej fakulty STU sa modeluje terén medznej vrstvy atmosféry pre merania aerodynamiky budov zatiaľ iba pomocou drenážnej nopovej fólie, ktorá zodpovedá kategórií terénu približne medzi III. a IV. kategóriou. „V predchádzajúcom projekte bola zhotovená časť konštrukcie pomocou jedného nerezového plechu a šiestich drevených elementov s magnetmi. Táto časť konštrukcie sa otestovala. Je však potrebné dokončiť túto konštrukciu z hľadiska celkovej funkčnosti veterného tunela. Tento projekt sa zameriava na zhotovenie reverzibilného riešenia zmeny kategórií terénu, ktoré umožní jednoducho a rýchlo meniť kategórie terénu podľa potreby meraní. Výsledkom projektu bude konštrukcia z nerezových plechov, ktorá bude tvoriť nové dno veterného tunela,“ hovorí Ing. Bohuš Bohunický.
Pokračuje, že na nerezové plechy sa naznačí rozmiestnenie drevených elementov pre kategórie terénu III. a I., ktoré budú reprezentované drevenými elementmi s magnetmi. Pre kategórie terénu I. a II. sa na základe výsledkov meraní použije buď geotextília, nová drenážna nopová fólia alebo drôtené pletivo. Tieto budú prichytené ku dnu tunela pomocou magnetických pások, ktoré budú zo spodnej strany fólie, pletiva alebo geotextílie.
Hlavným cieľom projektu je zhotovenie reverzibilnej konštrukcie, ktorá umožní rýchlo a jednoducho meniť kategórie terénu medznej vrstvy vo veternom tuneli Stavebnej fakulty STU podľa potreby. Čiastkovými cieľmi sú:
meranie profilov stredných rýchlostí a intenzity turbulencií pre súčasný stav
zhotovenie CFD modelu a simulácie veterného tunela, pričom sa namodeluje súčasný stav s drenážnou nopovou fóliou, model sa odladí optimalizáciou sieťovania a turbulentných modelov, aby sa dosiahla čo najväčšia zhoda s meraniami v tuneli
simulácie nových ručne vymodelovaných kategórií terénu
na základe merania pôvodnej kategórie terénu vo veternom tuneli, porovnaním so simuláciami a analýzy zhotoviť jednotlivé kategórie terénu pomocou drevených elementov, geotextílie, pletiva alebo novej drenážne nopovej fólie
vykonať merania vo veternom tuneli na nových zhotovených kategóriách terénu
optimalizácia jednotlivých kategórií terénu až kým sa nedosiahne dostatočná zhoda s kategóriami terénu, definovanými v norme
zhrnutie získaných údajov, ich analýza a následné formulovanie záverov
prezentácia dosiahnutých výsledkov na konferenciách
„Vo veternom tuneli STU sme prišli na spôsob modelovania terénu medznej vrstvy pomocou nerezových plechov, tvoriacich dno tunela a prvkov, prichytávaných magnetmi k podkladu z plechov. V predchádzajúcom projekte sme už otestovali funkčnosť tejto konštrukcie, pričom bola zhotovená časť konštrukcie pomocou jedného nerezového plechu a šiestich drevených elementov s magnetmi. Táto časť konštrukcie sa otestovala. Z hľadiska funkčnosti veterného tunela je však potrebné dokončiť celú konštrukciu,“ hovorí autor projektu na margo očakávaných výsledkov.
Tento projekt nadväzuje na predchádzajúci, pričom prostriedky získané vďaka tomuto programu sa použijú najmä na nákup materiálu. Na už zakúpené nerezové plechy sa naznačí rozmiestnenie drevených elementov pre jednotlivé kategórie. „Tieto nerezové plechy však treba pred umiestnením do veterného tunela pripevniť k drevotrieskovým doskám. To sa dosiahne pomocou špeciálneho lepidla na báze MS polyméru. Po umiestnení plechov na dno veterného tunela bude potrebné zhotoviť konštrukcie pre jednotlivé kategórie terénu. Kategórie terénu III. a IV. budú reprezentované drevenými elementmi. Drevené elementy treba narezať z hranolov. Do týchto prvkov sa vyvŕtajú otvory, do otvorov sa aplikuje lepidlo na báze MS polyméru a vložia sa do nich neodymové magnety.“
Takto budú elementy pre kategórie terénu III. a IV. pomocou magnetov prichytené k nerezovým plechom na dne tunela. Veľkosť drevených elementov a ich usporiadanie ešte nie je známa, budú výsledkom meraní a simulácií realizovaných v rámci projektu. Pre kategórie terénu I. a II. sa na základe výsledkov meraní použije buď geotextília, nová drenážna nopová fólia alebo drôtené pletivo. Tieto budú prichytené ku dnu tunela pomocou magnetických pások, ktoré budú umiestnené zo spodnej strany fólie, pletiva alebo geotextílie. Magnetické pásky zároveň zabezpečia ich stabilný tvar po zrolovaní.
Momentálne sa realizácia projektu nachádza vo fáze simulácií, teda sa testujú rôzne geometrie v simulačnom softvéri Ansys Fluent. Tento softvér patrí k tzv. CFD softvérom (CFD – výpočtová dynamika tekutín), ktorý sa používa pre simuláciu veterného tunela. „Na základe výsledkov simulácií budeme mať lepšiu predstavu o umiestnení elementov na dno veterného tunela. Simulácie sú však iba pomôckou, vďaka ktorej budeme vedieť ako približne umiestniť element. Každý tunel je však iný, simulácia drsnosti terénu je veľmi náročná na výpočet a dosiahnuť v súčasnosti rovnaký výsledok ako v tuneli je nemožné. Výsledná konštrukcia pre každú kategóriu terénu bude výsledkom meraní vo veternom tuneli metódou pokus – omyl. Merania sa budú uskutočňovať v najbližšom období, teda ak všetko pôjde hladko počas leta, prípadne na jeseň,“ uvádza Ing. Bohuš Bohunický.
Keďže okrem grantu na podporu mladých výskumníkov STU dostal projekt aj finančnú podporu v rámci Erazmus+ a k tomu zahraničnú pracovnú stáž, jeho autor tak získal pobyt na University of Zagreb v Chorvátsku a spoluprácu s vedcom, ktorý je v tejto oblasti svetová kapacita. Jeho meno je Hrvoje Kozmar, a okrem iného robil experimenty vo veterných tuneloch na Technical University of Munich v Nemecku, University of Notre Dame v USA a University of Florence v Taliansku.
Aký je vlastne prínos projektu Modelovanie kategórií terénu vo veternom tuneli pre odbornú a laickú verejnosť? Jeho realizátor vysvetľuje, že keďže v súčasnosti sa vo veternom tuneli STU na Trnávke nachádza drenážna nová fólia, ktorá nereprezentuje kategórie terénu podľa normy, pretože sa nachádza približne medzi kategóriami III. a IV., je potrebné zhotoviť konštrukciu, ktorá by spĺňala požiadavky na kategórie terénu podľa normy. „Táto konštrukcia, ktorá bude umožňovať meniť kategórie terénu bude slúžiť na budúce merania, ktoré sa uskutočnia vo veternom tuneli, či už na vedecké alebo komerčné účely. S nárastom počtu výškových budov najmä v Bratislave je nevyhnutné, aby developeri brali do úvahy aj aerodynamiku už pri návrhoch projektov. Veterný tunel však po dokončení projektu bude umožňovať testovanie projektov nielen v Bratislave, ale v akejkoľvek lokalite, napríklad logistických centier a hál v menej zastavaných lokalitách.“

http://vedanadosah.cvtisr.sk/modelovanie-kategorii-terenu-vo-veternom-tuneli