Modelling incompressible, neutrally stratified, barotropic, horizontally homogeneous and steady-state atmospheric boundary layer (ABL) is an important aspect in computational wind engineering (CWE) applications. The ABL flow can be viewed as a balance of the horizontal pressure gradient force, the Coriolis force and the turbulent stress divergence. While much research has focused on the increase of the wind velocity with height, the Ekman layer effects, entailing veering - the change of the wind velocity direction with height, are far less concerned in wind engineering. In this paper, a modified k-ε model is introduced for the ABL simulation considering wind veering. The self-sustainable method is discussed in detail including the precursor simulation, main simulation and near-ground physical quantities adjustment. Comparisons are presented among the simulation results, field measurement values and the wind profiles used in the conventional wind tunnel test. The studies show that the modified k-ε model simulation results are consistent with field measurement values. The self-sustainable method is effective to maintain the ABL physical quantities in an empty domain. The wind profiles used in the conventional wind tunnel test have deficiencies in the prediction of upper-level winds. The studies in this paper support future practical super high-rise buildings design in CWE.
The 486m-long roof of Shenzhen Citizens Centre is one of the world's longest spatial lattice roof structures. A comprehensive numerical study of wind effects on the long-span structure is presented in this paper. The discretizing and synthesizing of random flow generation technique (DSRFG) recently proposed by two of the authors (Huang and Li 2008) was adopted to produce a spatially correlated turbulent inflow field for the simulation study. The distributions and characteristics of wind loads on the roof were numerically evaluated by Computational Fluid Dynamics (CFD) methods, in which Large Eddy Simulation (LES) and Reynolds Averaged Navier-Stokes Equations (RANS) Model were employed. The main objective of this study is to explore a useful approach for estimations of wind effects on complex curved roof by CFD techniques. In parallel with the numerical investigation, simultaneous pressure measurements on the entire roof were made in a boundary layer wind tunnel to determine mean, fluctuating and peak pressure coefficient distributions, and spectra, spatial correlation coefficients and probability characteristics of pressure fluctuations. Numerical results were then compared with these experimentally determined data for validating the numerical methods. The comparative study demonstrated that the LES integrated with the DSRFG technique could provide satisfactory prediction of wind effects on the long-span roof with complex shape, especially on separation zones along leading eaves where the worst negative wind-induced pressures commonly occur. The recommended LES and inflow turbulence generation technique as well as associated numerical treatments are useful for structural engineers to assess wind effects on a long-span roof at its design stage.
This paper presents the results of measurements relating to the aerodynamic forces on flat square plates which were allowed to rotate at different speeds about their horizontal axis, by modifying the velocity of the incoming flow. A 1 m square test-sheet and a 0.3 m square test-sheet were fitted with a number of pressure sensors in order to obtain information relating to the instantaneous pressure distribution acting on the test-sheet; a compact gyroscope to record the angular velocity during the rotational motion was also implemented. Previous work on autorotation has illustrated that the angular velocity varies with respect to the torque induced by the wind, the thickness and aspect ratio of the test-sheet, any frictional effects present at the bearings, and the vorticity generated through the interaction between the plate and the wind flow. The current paper sets out a method based on the solution of the equation of motion of a rotating plate which enables the determination of angular velocities on autorotating elements to be predicted. This approach is then used in conjunction with the experimental data in order to evaluate the damping introduced by the frictional effects at the bearings during steady autorotation.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.12
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pp.782-789
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2020
The demand for the development of rolling stock technology to maintain the best performance in various climatic environments has increased to expand the overseas market of rolling stock. In this study, international and domestic standards that must be applied to build a harsh climatic environment test system were investigated and compared. The way of improvement for domestic standards is proposed. The wind velocities and temperatures are specified in the UIC, EN, and IEC standards for climatic wind tunnel, and EN 50125-1 provides the velocity test up to 180km/h, the largest wind speed. UIC and EN provide the lowest temperature of -45℃, and IEC 62498-1 provides the highest temperature 55℃. The solar radiation test was specified up to 1200W/m2 in the UIC, EN, and IEC. The IEC, EN, and KS R 9145 provide the water tightness standards, which are different from each other in water capacity, pressure, and methods. The snow test method was not well specified. KRTS-VE-Part 31 provides pressurization test methods. The airtightness standards for high-speed rolling stock are defined and regulated for internal pressure change rate in UIC 660 and 779-11. The domestic standard for the wind tunnel test was not well prepared, and the solar radiation test and snow test do not exist in Korea. Therefore, it is necessary to improve domestic standards to an international level for the climatic wind tunnel test of rolling stock.
For most full-scale tall buildings the Reynolds number of a flow field around a circular cylinder under strong wind is usually greater than $2{\times}10^7$, which is difficult to achieve in most wind tunnel tests. To explore the wind characteristics of tall cylindrical buildings with equidirectional grooves from subcritical to transcritical flow ($6.6{\times}10^4{\leq}Re{\leq}3.3{\times}10^5$ and $9.9{\times}10^6{\leq}Re{\leq}7.2{\times}10^7$), wind tunnel tests and full-scale large eddy simulations were carried out. The results showed that the rectangular-grooves narrow the wake width due to the downstream movement of the separation point and the deeper grooves cause smaller mean and fluctuating pressure while the peak pressure is little affected. Furthermore, the grooves lead to lower frequency of vortex shedding but the Strouhal number remains at the range from 0.15 to 0.35. The drag coefficient of the cylinders with grooves was found to be 2~3 times as large as that of smooth cylinders.
Robertson, A.P.;Hoxey, R.P.;Rideout, N.M.;Freathy, P.
Wind and Structures
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v.10
no.6
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pp.495-510
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2007
Wind pressure data have been collected on the tiled roof of a full-scale test house at Silsoe in the UK. The tiled roof was of conventional UK construction with a batten-space and bitumen-felt underlay beneath the interlocking concrete tiles. Pressures were monitored on the outer surface of selected tiles, at several locations within the batten-space, and beneath the underlay. Data were collected both with and without ventilator tiles installed on the roof. Little information appears to exist on the share of wind load between tiles and underlays which creates uncertainty in the design of both components. The present study has found that for the critical design case of maximum uplifts it would be appropriate to assign 85% of the net roof load to the tiles and 15% to the underlay when an internal pressure coefficient of -0.3 is used, and to assign 60% to the tiles and 50% to the underlay when an internal pressure coefficient of +0.2 is assumed (an element of design conservatism is inherent in the apparent 110% net loading indicated by the latter pair of percentage values). These findings indicate that compared with loads implied by BS 6399-2, UK design loads for underlay are currently conservative by 25% whilst tile loads are unconservative by around 20% in ridge and general regions and by around 45% in edge regions on average over roof slopes of $15^{\circ}-60^{\circ}$.
Modern super-tall buildings are more sensitive to strong winds. The evaluation of wind loads for the design of these buildings is of primary importance. A direct monitoring of wind forces acting on super-tall structures is quite difficult to be realized. Indirect measurements interpreted by inverse techniques are therefore favourable since dynamic response measurements are easier to be carried out. To this end, a Kalman filtering based inverse approach is developed in this study so as to estimate the wind loads on super-tall buildings based on limited structural responses. The optimum solution of Kalman filter gain by solving the Riccati equation is used to update the identification accuracy of external loads. The feasibility of the developed estimation method is investigated through the wind tunnel test of a typical super-tall building by using a Synchronous Multi-Pressure Scanning System. The effects of crucial factors such as the type of wind-induced response, the covariance matrix of noise, errors of structural modal parameters and levels of noise involved in the measurements on the wind load estimations are examined through detailed parametric study. The effects of the number of vibration modes on the identification quality are studied and discussed in detail. The made observations indicate that the proposed inverse approach is an effective tool for predicting the wind loads on super-tall buildings.
A wind tunnel test was conducted that measured surface fluctuating pressures aft of a ramp at transonic speeds. Dynamic pressure test data was used to perform a study to determine best locations for streamwise sensor pairs for shocked and unshocked runs based on minimizing the error in root-mean-square acceleration response of the panel. For unshocked conditions, the upstream sensor is best placed at least 6.5 ramp heights downstream of the ramp, and the downstream sensor should be within 2 ramp heights from the upstream sensor. For shocked conditions, the upstream sensor should be between 1 and 7 ramp heights downstream of the shock, with the downstream sensor 2 to 3 ramp heights of the upstream sensor. The shock was found to prevent the passage coherent flow structures; therefore, it may be desired to use the shock to define the boundary of subzones for the purpose of loads definition. These recommendations should be generally applicable to a range of expansion corner geometries in transonic flow provided similar flow structures exist. The recommendations for shocked runs is more limited, relying on data from a single dataset with the shock located near the forward end of the region of interest.
Wind tunnel experiments were performed to study the wind loads on an inclined flat plate with and without a guide plate. Highly turbulent flow, which corresponded to free-stream turbulence intensity on the flat roof of low-rise buildings, was produced by a turbulence generation grid at the inlet of the test section. The test model could represent a typical solar collector panel of a solar water heater. There are up-stream movements of the separation bubble and side-edge vortices, more intense fluctuating pressure and a higher bending moment in the turbulent flow. A guide plate would result in higher lift coefficient, particularly with an increased projected area ratio of a guide plate to an inclined flat plate. The value of lift coefficient is considerably lower with increased free-stream turbulent intensity.
Jin Hyuk Son;Myung Bo Kang;Kyung Kuk Jung;Woo Beom Han
Journal of Wind Energy
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v.15
no.1
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pp.82-90
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2024
Bio-fouling has positive aspects that are used as a fish resource, but there are also negative aspects such as corrosion of the surface of the support structure, aesthetics and work safety problems. A specimen was produced using a polyurea material with excellent anti-fouling and methodology, and contact angle, high water pressure, adhesion, and real sea area tests were performed. As a result of measuring the contact angle of the specimen with a 10 cm x 10 cm area of polyurea, There was found to be an average of 124.4 ° at nine points. No surface damage was found even above 5 Mpa when high water pressure was sprayed, and adhesive strength of 300LSE adhesives was confirmed between 22.84 and 23.04 Mpa with an adhesion test. During the 6-month real sea area test, it was confirmed that about 17.24 % of the polyurea film was less generated than the comparison group.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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