Tornadic wind flow is inherently turbulent. A turbulent wind flow is characterized by fluctuation of the velocity in the flow field with time, and it is a dynamic process that consists of eddy formation, eddy transportation, and eddy dissipation due to viscosity. Properly modeling turbulence significantly increases the accuracy of numerical simulations. The lack of a clear and detailed comparison between turbulence models used in tornadic wind flows and their effects on tornado induced pressure demonstrates a significant research gap. To bridge this research gap, in this study, two representative turbulence modeling approaches are applied in simulating real-world tornadoes to investigate how the selection of turbulence models affects the simulated tornadic wind flow and the induced pressure on structural surface. To be specific, LES with Smagorinsky-Lilly Subgrid and k-ω are chosen to simulate the 3D full-scale tornado and the tornado-structure interaction with a building present in the computational domain. To investigate the influence of turbulence modeling, comparisons are made of velocity field and pressure field of the simulated wind field and of the pressure distribution on building surface between the cases with different turbulence modeling.
Vertical particle size distribution, total particle concentration, wind velocity, temperature and humidity measurement was performed with a drone. The drone was equipped with a wind sensor, house-made optical particle count(Hy-OPC), condensation particle counter(Hy-CPC), GPS, Temperature, Relative Humidity, Pressure and communication system. Base on the wind velocity and the particle size vertical distribution measurement with drone, the particle mass flux was calculated. The vertical particle distribution showed that the particle number concentration was very strongly correlated with the relative humidity.
The wind load is always the dominant load of cooling tower due to its large size, complex geometry and thin-wall structure. At present, when computing the wind-induced response of the large-scale cooling tower, the wind pressure distribution is obtained based on code regulations, wind tunnel test or computational fluid dynamic (CFD) analysis, and then is imposed on the tower structure. However, such method fails to consider the change of the wind load with the deformation of cooling tower, which may result in error of the wind load. In this paper, the analysis of the large cooling tower based on the iterative method for wind pressure is studied, in which the advantages of CFD and finite element method (FEM) are combined in order to improve the accuracy. The comparative study of the results obtained from the code regulations and iterative method is conducted. The results show that with the increase of the mean wind speed, the difference between the methods becomes bigger. On the other hand, based on the design of experiment (DOE), an approximate model is built for the optimal design of the large-scale cooling tower by a two-level optimization strategy, which makes use of code-based design method and the proposed iterative method. The results of the numerical example demonstrate the feasibility and efficiency of the proposed method.
Yazhou, Xu;Qianqian, Ren;Guoliang, Bai;Hongxing, Li
Wind and Structures
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제28권4호
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pp.215-224
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2019
Because of the particularity and complexity of direct air-cooling structures (ACS), wind parameters given in the general load codes are not suitable for the wind-resistant design. In order to investigate the wind loads of ACS, two 1/150 scaled three-span models were designed and fabricated, corresponding to a rigid model and an aero-elastic model, and wind tunnel tests were then carried out. The model used for testing the wind pressure distribution of the ACS was defined as the rigid model in this paper, and the stiffness of which was higher than that of the aero-elastic model. By testing the rigid model, the wind pressure distribution of the ACS model was studied, the shape coefficients of "A" shaped frame and windbreak walls, and the gust factor of the windbreak walls were determined. Through testing the aero-elastic model, the wind-induced dynamic responses of the ACS model was studied, and the wind vibration coefficients of ACS were determined based on the experimental displacement responses. The factors including wind direction angle and rotation of fan were taken into account in this test. The results indicated that the influence of running fans could be ignored in the structural design of ACS, and the wind direction angle had a certain effect on the parameters. Moreover, the shielding effect of windbreak walls induced that wind loads of the "A" shaped frame were all suction. Subsequently, based on the design formula of wind loads in accordance with the Chinese load code, the corresponding parameters were presented as a reference for wind-resistant design and wind load calculation of air-cooling structures.
In this paper, the mean and fluctuating pressure coefficients derived from the results of wind tunnel tests on closed and open dome roofs were analyzed. The distribution characteristics of the fluctuating pressure according to the opening ratio and the height change were discussed. The analysis results showed that when the roof is open, the overall wind pressure decreases due to the open space, but more fluctuation occurred than the closed dome roof.
The object of this study is to analyze and evaluate outdoor wind pressure effect in a high-rise residential building when seasonal wind blow on coast area. The target building consists of 3 tower buildings over 250m in height. For the evaluation of the outdoor wind effect, CFD simulation was performed. The results of the simulations are as follows : 1) In that case of high-rise building, horizontal stream is more affected than vertical stream. 2) In case of summer season northeasterly wind, building pressure distributions are unstable and surface pressures of outside are effected respectively. 3) In case of winter season westerly wind, building preassure differentiations are not so much because of screening effects of the B, and the C buildings. 4) In case of winter season northwesterly wind, front wind affects on the A building directly because of no obstacles.
Sundaresan, Aakhash;Arunvinthan, S.;Pasha, A.A.;Pillai, S. Nadaraja
Wind and Structures
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제32권3호
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pp.205-217
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2021
Cold regions with high air density and wind speed attract wind energy producers across the globe exhibiting its potential for wind exploitation. However, exposure of wind turbine blades to such cold conditions bring about devastating impacts like aerodynamic degradation, production loss and blade failures etc. A series of wind tunnel tests were performed to investigate the effect of icing on the aerodynamic properties of wind turbine blades. A baseline clean wing configuration along with four different ice accretion geometries were considered in this study. Aerodynamic force coefficients were obtained from the surface pressure measurements made over the test model using MPS4264 Simultaneous pressure scanner. 3D printed Ice templates featuring different ice geometries based on Icing Research Tunnel data is utilized. Aerodynamic characteristics of both the clean wing configuration and Ice accreted geometries were analysed over a wide range of angles of attack (α) ranging from 0° to 24° with an increment of 3° for three different Reynolds number in the order of 105. Results show a decrease in aerodynamic characteristics of the iced aerofoil when compared against the baseline clean wing configuration. The key flow field features such as point of separation, reattachment and formation of Laminar Separation Bubble (LSB) for different icing geometries and its influence on the aerodynamic characteristics are addressed. Additionally, attempts were made to understand the influence of Reynolds number on the iced-aerofoil aerodynamics.
It has long been studied about the flow around bluff bodies, but the effect of aspect ratio on the sharp-edged bodies in thick turbulent boundary layers is still argued. The author investigates the flow characteristics around a series of rectangular bodies ($40^d{\times}80^w{\times}80^h$, $80^d{\times}80^w{\times}80^h$ and $160^d{\times}80^w{\times}80^h$ in mm) placed in a deep turbulent boundary layer. The study is aiming to identify the extant Reynolds number independence of the rectangular bodies and furthermore understand the surface pressure distribution around the bodies such as the suction pressure in the leading edge, when the shape of bodies is changed, responsible for producing extreme suction pressures around the bluff bodies. The experiments are carried out at three different Reynolds numbers, based on the velocity U at the body height h, of 24,000, 46,000 and 67,000, and large enough that the mean boundary layer flow is effectively Reynolds number independent. The experiment includes wind tunnel work with the velocity and surface pressure measurements. The results show that the generation of the deep turbulent boundary layer in the wind tunnel and the surface pressure around the bodies were all independent of Reynolds number and the longitudinal length, but highly dependent of the transverse width.
In this study, the characteristics of wind pressure distribution on circular retractable dome roofs with a low rise-to-span ratio were analyzed under various approaching flow conditions by obtaining and analyzing wind pressures under three different turbulent boundary layers. Compared to the results of previous studies with a rise-to-span ratio of 0.1, it was confirmed that a lower rise-to-span ratio increases the reattachment length of the separated approaching flow, thereby increasing the influence of negative pressure. Additionally, it was found that wind pressures varied significantly according to the characteristics of the turbulence intensity. Based on these experimental results, a model for peak net pressure coefficients for cladding design was proposed, considering variations in turbulence intensity and height.
축사는 비닐하우스 다음으로 자연재해에 취약한 농촌시설물이다. 축사의 경우 측벽 없이 지붕만 있는 형태가 가장 많이 사용되고 있는데, 태풍이 불면 지붕 전제가 날아가 많은 피해가 발생하는 실정이다. 그래서 농가에서는 태풍피해예방을 위한 측벽에 윈치 커튼설치하여 피해를 예방하고 있는 실정이다. 본 논문에서는 측벽 개방에 따른 축사지붕에 위치별 풍압 계수 분포특성에 대해서 알아보고자 한다. 측벽유무에 관계없이 축사지붕면의 피크외압계수분포에서 풍향각 $0^{\circ}$로 불어오는 방향에 대해서 불리하게 작용하고 있는 것을 알 수 있다. 그러나 측벽의 유무에 따라 피크외압계수가 풍향각과 처마의 길이에 영향을 받는 것을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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