Simulering av vindförhållanden i stadsmiljöer
Att analysera vindflödet är en viktig faktor i skapandet av bra förhållanden för fotgängare i en stad. Byggnadernas geometri, speciellt vad gäller höga byggnader, och deras inbördes placering har en påtaglig effekt på de vindförhållanden som fotgängare upplever på marknivå. Vind är ett mycket komplext fenomen och vindanalys kräver sofistikerade matematiska modeller och högprestandaberäkningar.
Som en första demonstration av simuleringsverktyget VirtualCity@Chalmers har vi analyserat vindförhållandena runt Chalmers campus Lindholmen, genom en simulering med Computational Fluid Dynamics (CDF)1. Simuleringen visas i filmen ovan. Filmens inledande avsnitt visar ett tvärsnitt av vindhastigheten c:a 15 meter över havsytan. Olika färger betyder olika vindhastigheter, där klarrött står för hastigheter i närheten av den maximala vindhastigheten om 14 meter/sekund och blåfärgade områden står för hastigheter i närheten av minimivärdet 0 meter/sekund. Gulfärgade områden visar på ett värde som ligger någonstans mellan maximum- och minimumvärdena.
Filmens avslutande del visar flödets strömlinjer23. Strömlinjer är kurvor som i varje punkt är parallella med vindriktningen. Kurvornas färg indikerar vindhastigheten i varje punkt. Ett sätt att tänka sig strömlinjer är att föreställa sig ett litet (masslöst) föremål som följer med längs vinden.
Mjukvaran som används för CDF-simuleringen kallas IPS IBOFlow4. I tabellerna nedan redovisas simuleringarnas tekniska information.
Table 1. General information regarding the CFD simulation.| Fluid Solver | IBOFlow, Incompressible Navier-Stokes solver, finite volume |
| Meshing | Fully automatic (only mesh surface as input is required) |
| Boundary treatment | The mirroring immersed boundary method |
| Convective scheme | Ultimate QUICKEST |
| Windspeed | 10 m/s S-SE |
| Turbulence model | K-Omega SST |
| Simulation size | 1.6 km^2 |
| Computational grid | 8 Million cells smallest grid size 50 cm | 50 Million cells smallest grid size 25 cm |
| Computational time breakdown | ||
| Automatic meshing | 30 seconds | 4 minutes |
| CFD Solution | 7 seconds per iteration/time-step | 60 seconds per iteration/time-step |
| Total simulation time | ~ 1 hour | ~12 hours |
Alla simuleringar har utförst av Fraunhofer Chalmers Center (FCC)5. Läs mer om simuleringsarbetet bakom videoklippet ovan på fcc.chalmers.se/news/ »
Den högprestandadator som använts är en Intel® Xeon Gold 6134 CPU med196 GB minne och ett NVIDIA Volta V100 grafikkort6.