RECOMENDAÇÕES NO USO DA DFC NA ENGENHARIA DO VENTO

...

válidas para a descrição de escoamentos turbulentos. Para resolver diretamente as equações é requerida uma malha muita fina para capturar todas as escalas relativas ao escoamento, até a escala de Kolmogorov (menores escalas em fluxo turbulento. Fisicamente é a menor escala que pode existir sem que seja a transmissão de energia perturbada pela viscosidade), e uma solução que depende de um tempo suficientemente grande para obterem-se médias estáveis das variáveis do fluxo. Esta aproximação é chamada de simulação numérica direta (SND). Como ela demanda um custo computacional muito grande para número de Reynolds tipicamente encontrados na engenharia do vento ela não é aplicável para problemas complexos na área.

A demanda computacional pode ser reduzida substancialmente quando as equações dependentes do tempo são resolvidas numa malha que é mais grosseira para capturar as pequenas escalas do escoamento. Esta aproximação é chamada de simulação de grandes escalas (SGE). As pequenas escalas são removidas das variáveis do fluxo por um filtro espacial das equações de Navier-Stokes. A influência das pequenas escalas então aparece como subfiltros, como tensões nas equações do momento e como termos de contorno. Todos estes termos devem ser modelados em termos da quantidade das grandes escalas computadas.

O método geralmente utilizado para os escoamentos turbulentos na engenharia do vento computacional é a aproximação das Médias de Reynolds e Navier-Stokes (MRNS). Com esta aproximação as equações são médias no tempo sobre todas as escalas de turbulência, para se obter diretamente a solução estatisticamente estável das variáveis do fluxo. Esse método também leva a termos adicionais nas equações do momento conhecidos como tensões de Reynolds que representam os efeitos da variação da turbulência no escoamento, que tem que ser modelados.

2.1.2 Modelos de turbulência

Uma visão geral das simulações numéricas em problemas da engenharia do vento é que aproximações dependentes do tempo podem render resultados mais precisos do que as simulações estatisticamente estáveis de MRNS. SGE é suposto ser o método mais geral para levar a melhores resultados na predição de escoamentos sobre corpos. Apesar da necessidade de mais pesquisas na modelagem da escala menor do que a resolução da malha e uma aproximação numérica adequada, simulações de grandes escalas tem mostrado geralmente reproduzir as propriedades principais de turbulência com uma precisão mais alta quando comparado ao modelo típico padrão de MRNS. No entanto, isto é obtido com um custo de tempo computacional significantemente maior, que é inviável pelo menos até um futuro próximo, para aplicações em engenharia.

2.2 Definindo o domínio computacional

A geometria que irá modelar o ambiente estrutural a ser examinado tem que ser gerado. Esta área é cercada pelo domínio computacional que irá deixar de lado os arredores que devem ser representados pelas condições de contorno. Várias direções do vento devem ser analisadas para avaliar o conforto pedestre.

2.2.2 Tamanho do domínio

O tamanho do domínio computacional na vertical, lateral e na direção do fluxo depende da área da superfície que será representada e das condições de contorno que serão usadas. Para o simples caso de estruturas isoladas, a lateral e o topo do limite computacional deve estar a uma distância de 5H do edifício, onde H é a altura do edifício. Para edifícios com uma extensão lateral muito maior que a altura, a razão para o bloqueio deve ser abaixo de 3%. O limite na saída deve ser posicionado no mínimo à 15H atrás do edifício para permitir o desenvolvimento do fluxo, como o completo desenvolvimento do fluxo é normalmente usado como condição de contorno. Pela mesma razão este comprimento na saída deve ser aplicada também a áreas urbanas com muitos edifícios, onde H é substituído por Hmax que é a altura do edifício mais alto. Para prevenir uma aceleração do escoamento sobre o edifício mais alto, o top do domínio computacional deve estar a no mínimo 5Hmax de distância dele. Para a razão do bloqueio o limite de 3% é recomendado, embora não haja resultados até agora que indica que é melhor incluir mais dos edifícios nos arredores no modelo e reduzir a distância dos limites laterais do ambiente construído.

A extensão da área que é representada no domínio computacional depende da influência das características do prédio ou região de interesse. Experiências de simulações em túneis de vento indicaram que um edifício de altura H, terá uma influência desprezível se a distância da região de interesse for maior que 6-10H.

Enquanto áreas urbanas normalmente não possuem simetria geométrica, simples obstáculos podem ser simétricos para certas direções do vento. Neste caso a simetria pode ser usada como condições de contorno e o domínio computacional pode ser repartido em dois. Mas sempre deve ser verificado posteriormente que o escoamento é realmente simétrico comparando-se com a simulação para o domínio computacional completo, já que cada geometria simétrica pode produzir fluxos assimétricos.

2.2.3 Representação geométrica dos detalhes

Geralmente a distribuição global da massa dos edifícios tem o maior impacto nos padrões do escoamento. Detalhes das fachadas e telhados são de segunda importância (particularmente no caso de estruturas cúbicas afiadas). O nível de detalhamento requerido para edifícios individuais é dependente da sua distância ao prédio de interesse central. O edifício central em que os efeitos do vento são de principal interesse requer o maior nível de detalhes, e aqui as características maiores que 1m devem ser representadas. Prédios mais distantes podem ser representados em geral por simples blocos.

O nível de detalhes depende da aplicação. Por exemplo, se as pressões na superfície do telhado são de particular interesse, a necessidade de representar os detalhes no telhado é mais importante do que se o nível de velocidades do vento para os pedestres é requerido. Novamente, o nível dos detalhes pode ser limitado pela malha computacional gerada para resolver esses detalhes. Em alguns casos, é possível julgar quando a omissão de vários detalhes é preferível para se chegar a resultados mais ou menos conservadores.

A necessidade de representar o paisagismo local depende da aplicação dos resultados. Por exemplo, o conforto pedestre pode ser melhorado pela vegetação. Entretanto, aparentemente não há documentação sobre o efeito da vegetação modelada em relação