Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
The performance of CFD RANS models in predicting wind loads on flat plates: A comparative study with DNS
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology.
2016 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Hur CFD RANS modeller presterar i att prediktera vindlaster p°a platta plattor (Swedish)
Abstract [sv]

Att kunna förutspå vindlaster är viktigt för att kunna optimera kostnaden för takmonterade solsystem, och en både lovande och allt mer populär metod för att gra detta är att använda sig av CFD. Denna studie undersökte hur olika RANS modeller presterar i att förutspå ett normalt vinklat flöde mot en platt platta för fyra olika förhållanden mellan plattans kortsida och långsida. De fyra turbulensmodeller studien testar var SST k-!, RSM, standard k-✏ och RNG k-✏; och de fyra olika förhållandena på plattan var 3,2, 1,6, 1 och en oändligt lång kortsida. Parametrarna studien fokuserade på är dragkoefficenten på plattan och recirkuleringslängden bakom den, simuleringarna utfördes i ANSYS CFX för ett flöde med Re = 1200.

Vid jämförelse med en DNS studie och experimentell studie stod det klart att RSM hade presterat bäst i att förutspå draget på plattan för de finita förhållandena, och att det inte fanns någon modell som ensamt presenterat bäst i att förutspå recirkuleringslängden.  Generellt så presterade samtliga modeller bättre i att förutspå draget jämfört med att förutspå recirkuleringslängden, för vilken felmarginalen på predikteringarna var större. Även fast RSM presterade lika svagt som de andra modellerna i att förutspå recirkuleringslängden, så kunde den relativt väl förutspåläget för både det högsta värdet av den turbulenta rörelseenergin och högsta hastigheten bakom plattan, och också läget för virvelns centrum i strömningslinjerna bakom plattan.

I fallet med oändligt lång kortsida var ingen modell riktigt nära valideringsdatan varken för dragkoefficienten eller för recirkuleringslängden. Samtliga modeller underskattade draget och överskattade recirkuleringslängden, men närmast valideringsdatan var standard k-✏ vilken är känd för att fungera dåligt för flöden likt det i denna studie. En förklaring till dessa överraskande resultat kan vara att turbulensmodellerna inte enkelt kan hantera den ökade turbulens och mer komplexa virveldynamiker som tillhör flödet för den oändligt långa kortsidan.

Abstract [en]

Being able to predict wind loads on solar cells is essential in order to optimize the cost for roof-top mounted solar systems, and a both promising and increasingly popular way of making these flow predictions is by using CFD. This study investigated the performance of four different RANS models in predicting a normal flow onto a thin flat plate for four different aspect ratios. The four turbulence models were SST k-!, RSM, standard k-✏ and RNG k-✏; and the plate aspect ratios were 3.2, 1.6, 1 and an infinite span. The main parameters of interest were the mean drag on the plate and the mean recirculation length in the wake centerline, the simulations were carried out in ANSYS CFX for a flow with Re = 1200.

In a comparison with a DNS study and an experimental study, it was clear that RSM was the best model in the prediction of the drag for the finite aspect ratios, while there was no outstanding model that accurately predicted the recirculation length. Generally, all the models predicted the drag better than the recirculation length, for which the predictions had a quite significant margin of error for some of the aspect ratios. Although RSM was as deficient as the linear viscosity models in predicting the recirculation length, it still quite managed to predict the correct location of the peak turbulence kinetic energy and peak velocity behind the plate, and also the location of the recirculation vortex core in the mean streamlines behind the plate.

In the infinite span case, none of the models were close at predicting neither the drag nor the recirculation length to be anywhere close to the DNS- and experimental results. All of the models underestimated the drag and overestimated the recirculation length, and the best model in this case was the standard k-✏ which is known to perform poorly for flows like in the present study. One of the reasons for these results might be that the turbulence models cannot easily handle the increased turbulence and more complex vortex dynamics pertinent to the infinite span flow.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 59 p.
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-194186OAI: oai:DiVA.org:kth-194186DiVA: diva2:1038661
Supervisors
Examiners
Available from: 2016-10-19 Created: 2016-10-19 Last updated: 2016-10-19Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(45752 kB)6 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 45752 kBChecksum SHA-512
913212b424a3dfc30e32edeb975c1126cf2041e8ebc5fdd1c16dedf9e26f32d0408485824eacfe1dc36a68ed78bb9e3a06f46ee0eb232f568e4f3a91211cd359
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Energy Technology
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 6 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 2 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link