Simulação numérica na engenharia do vento

Abstract

O estudo de problemas envolvendo a ação do vento sobre estruturas tem sido tradi-cionalmente realizado por meio de técnicas experimentais desenvolvidas em túneis de vento. No entanto, com o crescente avanço na capacidade de processamento e ar-mazenamento de dados dos computadores atuais, modelos numéricos cada vez mais complexos e eficientes têm sido elaborados e aplicados nesta área, conferindo à si-mulação numérica um grau de confiabilidade bastante recomendável. Na abordagem computacional, os escoamentos de vento são simulados pela aplicação de métodos numéricos desenvolvidos pela dinâmica de fluidos computacional (DFC) para a so-lução das equações que governam a dinâmica dos fluidos. Um modelo de turbulência é usualmente incorporado ao modelo numérico a fim de representar as escalas de turbulência não perceptíveis pela malha gerada no processo de discretização espacial. Campos de pressão e de velocidade do vento são então gerados sobre o domínio de aná-lise e ao longo do período em que a simulação é realizada, os quais são transmitidos à estrutura na forma de forças aerodinâmicas. No presente trabalho, exemplos típicos da engenharia do vento são analisados numericamente empregando-se um modelo baseado no método dos Elementos Finitos (MEF) e desenvolvido no CEMACOM/PP-GEC/UFRGS especialmente para esta finalidade.

Experimental techniques developed in wind tunnels have been traditionally employed in the evaluation of the wind action on structures. However, with the rapid progress registered in computer technology, complex and efficient numerical models have been developed and applied in this area, which presently renders numerical simulation a very reliable tool. In approach described herein, wind flows are simulated using nu-merical models from Computational Fluid Dynamics (CFD) to solve the fluid flow go-verning equations. Turbulence models are also implemented into the numerical code in order to represent flow scales under the refinement level presented by the mesh created in the spatial discretization procedure. Pressure and velocity fields referring to the wind flow are obtained over the spatial domain throughout the simulation pe-riod, which are converted into aerodynamic forces on the fluid-structure interface. In the present work, typical wind engineering examples are analyzed numerically using a model based on the Finite Element Method (FEM) and specially developed at the CEMACOM/PPGEC/UFRGS laboratory to simulate wind action over structures.