Sensitivity analysis of wind resource micrositing has been performed through the application case at the Antarctic King Sejong station with the most representative micrositing softwares: WAsP, WindSim and Meteodyn WT. The wind data obtained from two met-masts separated 625m were applied as a climatology input condition of micro-scale wind mapping. A tower shading effect on the met-mast installed 20m apart from the warehouse has been assessed by the CFD software Fluent and confirmed a negligible influence on wind speed measurement. Theoretically, micro-scale wind maps generated by the two met-data located within the same wind system and strongly correlated meteor-statistically should be identical if nothing influenced on wind prediction but orography. They, however, show discrepancies due to nonlinear effects induced by surrounding complex terrain. From the comparison of sensitivity analysis, Meteodyn WT employing 1-equation turbulence model showed 68% higher RMSE error of wind speed prediction than that of WindSim using the ${\kappa}-{\epsilon}$ turbulence model, while a linear-theoretical model WAsP showed 21% higher error. Consequently, the CFD model WindSim would predict wind field over complex terrain more reliable and less sensitive to climatology input data than other micrositing models. The auto-validation method proposed in this paper and the evaluation result of the micrositing softwares would be anticipated a good reference of wind resource assessments in complex terrain.
Kim, Hyun Uk;Kim, Baek-Jo;Nam, Hyoung-Gu;Jung, Jong Hyeok;Shim, Jae-Kwan
Atmosphere
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v.30
no.1
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pp.47-57
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2020
In this study, the climatological spatio-temporal variation of strong wind and gust wind in Korea during the period from 1993 to 2018 was analyzed using daily maximum wind speed and daily maximum instantaneous wind speed data recorded at 61 observations. Strong wind and gust wind were defined as 14 m s-1 and 20 m s-1, which are the same as the KMA's criteria of special weather report. The frequency of strong wind and gust wind occurrence was divided into regions with the higher 25 percent (Group A) and the lower 75 percent (Group B). The annual frequency of strong wind and gust wind occurrence tended to be decreased in most parts of the Korean peninsula. In Group A with stations located at coastal region, strong wind and gust wind occurred most frequently in winter with higher frequency at 1200~1600 LST and 2300~2400 LST due to influence of East Asian winter monsoon. In addition, a marked decreasing trend throughout the four seasons was shown at Daegwallyeong, Gunsan and Wando observations. In contrast, it can be found in Group B that the monthly frequency of strong wind and wind gust occurrence was higher in August and September by effect of typhoon and hourly frequency was higher from 1200 LST to 1800 LST.
Wind-resistant design of existing cooling tower structures overlooks the impacts of rainfall. However, rainstorm will influence aerodynamic force on the tower surface directly. Under this circumstance, the structural response of the super-large cooling tower (SLCT) will become more complicated, and then the stability and safety of SLCT will receive significant impact. In this paper, surrounding wind fields of the world highest (210 m) cooling tower in Northwest China underthree typical wind velocities were simulated based on the wind-rain two-way coupling algorithm. Next, wind-rain coupling synchronous iteration calculations were conducted under 9 different wind speed-rainfall intensity combinations by adding the discrete phase model (DPM). On this basis, the influencing laws of different wind speed-rainfall intensity combinations on wind-driving rain, adhesive force of rain drops and rain pressure coefficients were discussed. The acting mechanisms of speed line, turbulence energy strength as well as running speed and trajectory of rain drops on structural surface in the wind-rain coupling field were disclosed. Moreover, the fitting formula of wind-rain coupling equivalent pressure coefficient of the cooling tower was proposed. A systematic contrast analysis on its 3D distribution pattern was carried out. Finally, coupling model of SLCT under different working conditions was constructed by combining the finite element method. Structural response, buckling stability and local stability of SLCT under different wind velocities and wind speed-rainfall intensity combinations were compared and analyzed. Major research conclusions can provide references to determine loads of similar SLCT accurately under extremely complicated working conditions.
Real world wind can be classified into two categories: natural wind and artificial wind. Artificial wind can be generated by human beings, air conditioners, electric fans, etc. In this paper, a model for artificial wind is presented. We also present methods to efficiently calculate the forces applied to the objects under influence of the artificial wind. Our model is designed for real-time applications such as virtual environments. A general wind generating system can be established through integrating our model with previous wind models those are concentrated on the natural wind generation.
This paper presents a beam finite element model of a vibrate wind blade in large elastic deformation subjected to the aerodynamic, centrifugal, gyroscopic and gravity loads. The gyroscopic loads applied to the blade are induced by her simultaneous vibration and rotation. The proposed beam finite element model is based on a simplex interpolation method and it is mainly intended to the numerical analysis of wind blades vibration in large elastic deformation. For this purpose, the theory of the sheared beams and the finite element method are combined to develop the algebraic equations system governing the three-dimensional motion of blade vibration. The applicability of the theoretical approach is elucidated through an original case study. Also, the static deformation of the used wind blade is assessed by appropriate software using a solid finite element model in order to show the effectiveness of the obtained results. To simulate the nonlinear dynamic response of wind blade, the predictor-corrector Newmark scheme is applied and the stability of numerical process is approved during a large time of blade functioning. Finally, the influence of the modified geometrical stiffness on the amplitudes and frequencies of the wind blade vibration induced by the sinusoidal excitation of gravity is analyzed.
To investigate the wind load characteristics of a large-span spherical shell structure, a rigid model pressure test was conducted in a wind tunnel laboratory. The study aimed to examine the impact of various external structures and internal stacking forms on the wind loads of a spherical shell structure in a practical engineering project. This project features two adjacent spherical structures, each spanning 130 m and standing 67 m tall. These two structures are connected by trestles and a transfer station. Variations in the shape factor and the integral force coefficient of the structure were compared and analyzed under different test cases. The results indicate that when two structures are arranged in series, with the adjacent structure positioned upstream, the shape factor of the structure is most affected, resulting in a significant reduction effect at the bottom of the windward surface. Compared to the external structure, the impact of various internal stacking forms on the shape factor of the structure is relatively weak. The adjacent structure significantly improves the wind resistance of the main structure. The integral force coefficient of the structure reaches its peak when internal stacking is full and is at its lowest when there is no internal stacking.
A substantial part of South Africa is subject to more than one strong wind source. The effect of that on extreme winds is that higher quantiles are usually estimated with a mixed strong wind climate estimation method, compared to the traditional Gumbel approach based on a single population. The differences in the estimated quantiles between the two methods depend on the values of the Gumbel distribution parameters for the different strong wind mechanisms involved. Cluster analysis of the distribution parameters provides a characterization of the effect of the relative differences in their values, and therefore the dominance of the different strong wind mechanisms. For gusts, cold fronts tend to dominate over the coastal and high-lying areas, while other mechanisms, especially thunderstorms, are dominant over the lower-lying areas in the interior. For the hourly mean wind speeds cold fronts are dominant in the south-west, south and east of the country. On the West Coast the ridging of the Atlantic Ocean high-pressure system dominate in the south, while the presence of a deep trough or coastal low pressure system is the main strong wind mechanism in the north. In the central interior cold fronts tend to share their influence almost equally with other synoptic-scale mechanisms.
Previous studies have shown that the integrated transfer function (ITF) is independent of turbulence characteristics and can be effectively applied to predict the buffeting response of elongated structures, assuming that the strip hypothesis is valid. However, existing research has not effectively identified the ITF through segment model vibration tests, and the influence of the 3D effect on the accuracy of the strip hypothesis and the characteristics of the ITF in wind tunnel tests has not been quantitatively studied. A segment model vibration measurement device that can change a test model's span-width ratio was designed in this study. An airfoil section and a streamlined box girder section structure were taken as the background, and their ITFs were effectively identified under different L/B (L denotes the turbulent integral scale and B denotes the structural width) and model span-width ratios. The influence laws of the 3D effect on the accuracy of the strip hypothesis and ITF identification in wind tunnel tests were systematically investigated. The results showed that L/B and the structural span-width ratio are two significant controlling factors that affect the accuracy of the strip hypothesis and ITF identification. The research provides an effective experimental method for accurately predicting the buffeting response of elongated structures based on ITFs identified through segment model vibration tests.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.27
no.4_2
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pp.833-840
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2024
According to recent data from the Korea Meteorological Administration(KMA), the frequency of typhoons around the Korea Peninsula is almost unchanged, but the intensity is on the rise due to climate change. A typhoon that has become so powerful can cause partial or complete damage to the traffic signal structures, limiting the operation of the vehicle and causing traffic congestion. If the traffic signal structure fails to function properly due to the influence of the typhoon, not only the v ehicle operation will be disrupted, but also direct damage to the traffic signal structure will occur. In addition, if the social overhead cost of traffic congestion is included, the recovery cost caused by the typhoon will increase to an extent that it is difficult to estimate. Therefore, in this study, a wind tunnel experiment was performed by producing a wind tunnel model of an existing fixed traffic signal structure and a traffic signal structure in which signs and traffic lights are hinged. Also, The fixed and hinge structures were modeled as 3D finite elements, and wind-resistant analysis was performed by wind speed, and, wind-resistant safety of traffic signal structures were analyzed and examined through wind-resistant analyses. From the comparative analysis of the results of experiment and FE analysis, it was known that the stress reduction rate of the hinge connection structure was at least 30% compared to that of the fixed connection structure from the results of the wind tunnel experiment and FE analysis. And As a result of finite element analysis for the maximum design wind speed of 50m/s, it was found that the maximum stress generated in the existing structure exceeded all the yield stress, but the maximum stress of the hinge connection structure was within the yield stress. Finally The hinge connection structure showed a relatively large stress reduction rate as the wind speed increased and the length of the lateral beam was shorter at the same wind speed.
PARK Sung-Eun;CHO Kyu-Dae;HONG Chul-Hoon;KIM Dong-Sun;CHO Kwang-Woo
Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences
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v.32
no.5
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pp.674-679
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1999
The effect of wind on the circulation in Kamak Bay in the southern sea of Korea was examined using a numerical shallow water model. The experiments were primarily focused on how the effect of wind influence the tidal residual current. According to wind directions, the residual currents were changed; the westerly wind created a strong anti-clockwise eddy in the northwestern area of the bay where the flow field is usually very weak; the easterly wind strengthened the flow field in the central area of the bay; the patterns of flow fields to the north and south winds were almost the same as one without the wind, although the flow field became slightly stronger, The model flirty reproduced features in the observed current field at Pyongsa.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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