In this paper, stress distribution for a structurally stable greenhouse is considered in the present paper with subsequent investigation into the detailed stress distribution contour with the variation of self-weight and wind pressure level designation method under wind velocity of less than 30 m/sec. For reliable analysis, wind pressure coefficients of a single greenhouse unit were modeled and compared with experiment with correlation coefficient greater than 0.99. Wind load level was designated twofold: direct mapping of fluid dynamic analysis and conversion of modeled results into wind pressure coefficients ($C_P$). Finally, design criteria of EN1991-1-4 and NEN3859 were applied in terms of their wind pressure coefficients for comparison. $C_P$ of CFD result was low in the most of the modeled area but was high only in the first roof wind facing and the last lee facing areas. Besides, structural analysis results were similar in terms of stress distribution as per EN and direct mapping while NEN revealed higher level of stress for the last roof area. The maximum stress levels are arranged in decreasing order of mapping, EN, and NEN, generating 8% error observed between the EN and mapping results under 30 m/sec of wind velocity. On the other hand, effect of dead weight on the stress distribution was investigated via variation of high stress position with wind velocity, confirming shift of such position from the center to the forward head wind direction. The sensitivity of stress for wind velocity was less than 0.8% and negligible at wind velocity greater than 20 m/sec, thus eliminating self-weight effect.
Wind tunnel model tests were conducted for a residential apartment block located within the complex terrain of The Hong Kong University of Science and Technology (HKUST). The test building is typical of medium-rise residential buildings in Hong Kong. The model study was conducted using modelling techniques and assumptions that are commonly used to predict design wind loads and pressures for buildings sited in regions of significant topography. Results for the building model with and without the surrounding topography were compared to investigate the effects of far-field and near-field topography on wind characteristics at the test building site and wind-induced external pressure coefficients at key locations on the building facade. The study also compared the wind tunnel test results to topographic multipliers and external pressure coefficients determined from nine international design standards. Differences between the external pressure coefficients stipulated in the various standards will be exacerbated when they are combined with the respective topographic multipliers.
Wind flow and pressure on the roof of the Texas Tech Experimental Building are studied along with the incident wind in an effort to understand the wind-structure interaction and the mechanisms of roof pressure generation. Two distinct flow phenomena, cornering vortices and separation bubble, are investigated. It is found for the cornering vortices that the incident wind angle that favors formation of strong vortices is bounded in a range of approximately 50 degrees symmetrical about the roof-corner bisector. Peak pressures on the roof corner are produced by wind gusts approaching at wind angles conducive to strong vortex formation. A simple analytical model is established to predict fluctuating pressure coefficients on the leading roof corner from the knowledge of the mean pressure coefficients and the incident wind. For the separation bubble situation, the mean structure of the separation bubble is established. The role of incident wind turbulence in pressure-generation mechanisms for the two flow phenomena is better understood.
Low-rise structures are generally immersed within the roughness layer of the atmospheric boundary layer flows and represent the largest class of the structures for which wind loads for design are being obtained from the wind standards codes of distinct nations. For low-rise buildings, wind loads are one of the decisive loads when designing a roof. For the case of cylindrical roof structures, the information related to wind pressure coefficient is limited to a single span only. In contrast, for multi-span roofs, the information is not available. In this research, the numerical simulation has been done using ANSYS CFX to determine wind pressure distribution on the roof of low-rise cylindrical structures arranged in rectangular plan with variable spacing in accordance with building width (B=0.2 m) i.e., zero, 0.5B, B, 1.5B and 2B subjected to different wind incidence angles varying from 0° to 90° having the interval of 15°. The wind pressure (P) and pressure coefficients (Cpe) are varying with respect to wind incidence angle and variable spacing. The results of present numerical investigation or wind induced pressure are presented in the form of pressure contours generated by Ansys CFD Post for isolated as well as variable spacing model of cylindrical roofs. It was noted that the effect of wind shielding was reducing on the roofs by increasing spacing between the buildings. The variation pf Coefficient of wind pressure (Cpe) for all the roofs have been presented individually in the form of graphs with respect to angle of attacks of wind (AoA) and variable spacing. The critical outcomes of the present study will be so much beneficial to structural design engineers during the analysis and designing of low-rise buildings with cylindrical roofs in an isolated as well as group formation.
The new and renewable energy today has a great interest in all countries around the world. In special it has need more limit of the fossil fuel that needs of low carbon emission among the social necessary conditions. Recently, the high-rise building demand the structural safety, the economic feasibility and the functional design. The high-rise building spends enormous energy and it satisfied the design in solving energy requirements. The requirements of energy for the building depends on the partly form wind energy due to the cladding of the building that came from the surroundings of the high-rise building. In this study of the wind energy, the cladding of the building was assessed a tentative study. The wind energy obtains from several small wind powers that came from the building or the surrounding of the building. In making a cladding the wind energy forms with wind pressure by means of energy transformation methods. The assessment for the building cladding was surrounded of wind speed and wind pressure that was carried out as a result of numerical simulation of wind environment and wind pressure which is coefficient around the high-rise building with the computational fluid dynamics. In case of the obtained wind energy from the pressure of the building cladding was estimated by the simulation of CFD of the building. The wind energy at this case was calculated by energy transform methods: the wind pressure coefficients were obtained from the simulated model for wind environment using CFD as follow. The concept for the factor of $E_f$ was suggested in this study. $$C_p=\frac{P_{surface}}{0.5{\rho}V^{2ref}}$$$$E_c=C_p{\cdot}E_f$$ Where $C_p$ is wind pressure coefficient from CFD, $E_f$ means energy transformation parameter from the principle of the conservation of energy and $E_c$ means energy from the building cladding. The other wind energy that is $E_p$ was assessed by wind power on the building or building surroundings. In this case the small wind power system was carried out for wind energy on the place with the building and it was simulated by computational fluid dynamics. Therefore the total wind energy in the building was calculated as the follows. $$E=E_c+E_p$$ The energy transformation, which is $E_f$ will need more research and estimation for various wind situation of the building. It is necessary for the assessment to make a comparative study about the wind tunnel test or full scale test.
Analysis of pressures measured on the roof of the full-scale Texas Tech building and a 1/50 scale model of a typical house showed that the pressure fluctuations on cladding fastener and cladding-truss connection tributary areas have similar characteristics. The probability density functions of pressure fluctuations on these areas are negatively skewed from Gaussian, with pressure peak factors less than -5.5. The fluctuating pressure energy is mostly contained at full-scale frequencies of up to about 0.6 Hz. Pressure coefficients, $C_p$ and local pressure factors, $K_l$ given in the Australian wind load standard AS1170.2 are generally satisfactory, except for some small cladding fastener tributary areas near the edges.
With the rapid development of urbanization the problems of pedestrian-level wind comfort and natural ventilation of tall buildings are becoming increasingly prominent. The velocity at the pedestrian level ($\overline{MVR}$) and variation of wind pressure coefficients $\overline{{\Delta}C_p}$ between windward and leeward surfaces of tall buildings were investigated systematically through numerical simulations. The examined parameters included building density ρ, height ratio of building αH, width ratio of building αB, and wind direction θ. The linear and quadratic regression analyses of $\overline{MVR}$ and $\overline{{\Delta}C_p}$ were conducted. The quadratic regression had better performance in predicting $\overline{MVR}$ and $\overline{{\Delta}C_p}$ than the linear regression. $\overline{MVR}$ and $\overline{{\Delta}C_p}$ were optimized by the NSGA-II algorithm. The LINMAP and TOPSIS decision-making methods demonstrated better capability than the Shannon's entropy approach. The final optimal design parameters of buildings were ρ = 20%, αH = 4.5, and αB = 1, and the wind direction was θ = 10°. The proposed method could be used for the optimization of pedestrian-level wind comfort and natural ventilation in a residential area.
Kateris, D.L.;Fragos, V.P.;Kotsopoulos, T.A.;Martzopoulou, A.G.;Moshou, D.
Wind and Structures
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v.15
no.6
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pp.481-494
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2012
The greenhouse type metal structures are increasingly used in modern construction of livestock farms because they are less laborious to construct and they provide a more favorable microclimate for the growth of animals compared to conventional livestock structures. A key stress factor for metal structures is the wind. The external pressure coefficient ($c_{pe}$) is used for the calculation of the wind effect on the structures. A high pressure coefficient value leads to an increase of the construction weight and subsequently to an increase in the construction cost. The EC1 in conjunction with EN 13031-1:2001, which is specialized for greenhouses, gives values for this coefficient. This value must satisfy two requirements: the safety of the structure and a reduced construction cost. In this paper, the Navier - Stokes and continuity equations are solved numerically with the finite element method (Galerkin Method) in order to simulate the two dimensional, incompressible, viscous air flow over the vaulted roofs of single span and twin-span with eaves livestock greenhouses' structures, with a height of 4.5 meters and with length of span of 9.6 and 14 m. The simulation was carried out in a wind tunnel. The numerical results of pressure coefficients, as well as, the distribution of them are presented and compared with data from Eurocodes for wind actions (EC1, EN 13031-1:2001). The results of the numerical experiment were close to the values given by the Eurocodes mainly on the leeward area of the roof while on the windward area a further segmentation is suggested.
Pressure measurements on static and autorotating flat plates have been recently reported by Lin et al. (2006), Holmes, et al. (2006), and Richards, et al. (2008), amongst others. In general, the variation of the normal force with respect to the angle of attack appears to stall in the mid attack angle range with a large scale separation in the wake. To date however, no surface pressures have been measured on auto-rotating plates that are typical of a certain class of debris. This paper presents the results of an experiment to measure the aerodynamic forces on a flat plate held stationary at different angles to the flow and allowing the plate to auto-rotate. The forces were determined through the measurement of differential pressures on either side of the plate with internally mounted pressure transducers and data logging systems. Results are presented for surface pressure distributions and overall integrated forces and moments on the plates in coefficient form. Computed static force coefficients show the stall effect at the mid range angle of attack and some variation for different Reynolds numbers. Normal forces determined from autorotational experiments are higher than the static values at most pitch angles over a cycle. The resulting moment coefficient does not compare well with current analytical formulations which suggest the existence of a flow mechanism that cannot be completely described through static tests.
In the present study, we focus on the CFD simulations for the performance and the rotor-generated wake of a model-scale wind turbine which was designed for wave tank experiments. The CFD simulations with fully resolved rotor geometry are performed using MARIN's community-based open-source CFD code ReFRESCO. The absolute formulation method (AFM) is leveraged to model the rotating wind turbine. The k - ω SST turbulence model is adopted in the incompressible Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) simulations. First, the thrust and torque coefficients, CT and CP, are calculated at different Tip Speed Ratios (TSR), and the results are compared against the experimental data and previous numerical results. The pressure distribution of the turbine blades at the 70% span is obtained and compared to the results obtained by other tools. Then, a verification study aiming at quantifying the discretization uncertainty of the turbine performance with respect to the grid resolution in the wake region is performed. Last, the rotor-generated wake at the TSR of 7 is presented and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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