K B Rajasekarababu;G Vinayagamurthy;Ajay Kumar T M;Selvirajan S
국제초고층학회논문집
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제11권4호
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pp.287-300
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2022
Unconventional structures are getting more popular in recent days. Large-span roofs are used for many structures, such as airports, stadiums, and conventional halls. Identifying the pressure distribution and wind load acting on those structures is essential. This paper offers a collaborative study of computational fluid dynamics (CFD) simulations and wind tunnel tests for assessing wind pressure distribution for a building with a combined slender curved roof. The hybrid turbulence model, Improved Delayed Detached Eddy Simulation (IDDES), simulates the open terrain turbulent flow field. The wind-induced local pressure coefficients on complex roof structures and the turbulent flow field around the structure were thus calculated based upon open terrain wind flow simulated with the FLUENT software. Local pressure measurements were investigated in a boundary layer wind tunnel simultaneous to the simulation to determine the pressure coefficient distributions. The results predicted by CFD were found to be consistent with the wind tunnel test results. The comparative study validated that the recommended IDDES model and the vortex method associated with CFD simulation are suitable tools for structural engineers to evaluate wind effects on long-span complex roofs and plan irregular buildings during the design stage.
Recently, various building integrated wind power (BIWP) approaches have been used to produce energy by installing wind power generators in high-rise buildings constructed in urban areas. BIWP has advantages in that it does not require support to position the turbine up to the installation height, and the energy produced by the wind turbine can be applied directly to the building. The accurate evaluation of wind speed is important in urban wind power generation. In this study, a wind tunnel test and computational fluid dynamics (CFD) analysis were conducted to evaluate the wind speed for installing wind turbines between buildings. The analysis results showed that the longer the length of the buildings, which had the same height, the larger the wind speed between the two buildings. Furthermore, the narrower the building's width, the higher the wind velocity; these outcomes are due to the increase in the Venturi effect. In addition, the correlation coefficient between the results of the wind tunnel test and the CFD analysis was higher than 0.8, which is a very high value.
In this paper, a practical control method of wind-induced vibration of high-rise buildings is presented in the form of resizing algorithm. In the structural design process for high-rise buildings, the lateral load resisting system for the building is more often determined by serviceability design criteria including wind-induced vibration level. Even though many drift method have been developed in various forms, no practical design method for wind induced vibration has been developed so far. Structural engineers rely upon heuristic or experience in designing wind induced vibration. The performance of the proposed method is evaluated by comparing wind-induced vibration levels estimated both from approximate techniques and wind tunnel test.
This study presents rational methods for probability-based estimates of basic design wind speeds in Korea and develops a risk-bases nation-wide map of design wind speeds. The paper examines the fitting of the Type-I extreme model to maximum yearly non-typhoon wind data from long-term records based on the conventional method and to maximum monthly nod-typhoon wind data from short-term records following Grigorin's approach. The paper also reviews the applicability of the method using short records of about 5 years. The basic design wind speeds for typhoon and non-typhoon wind at a station are made to be obtained from a mixed model which is given as a product of typhoon and non-typhoon extreme wind distributions. A practical method which is based on the fitting of the Type I model to records or typhoon and non-typhoon mixed wind data at a station is also preposed in this study.
The accelerated development of new materials, technologies and construction processes, in parallel with advances in computational algorithms and ever growing computational power, is leading to more daring and innovative architectural and structural designs. The search for non-regular building shapes and slender structures, as alternative to the traditional architectural forms that have been prevailing in the building sector, poses important engineering challenges in the assessment of the strength and mechanical stability of non-conventional structures and systems, namely against highly variable actions as wind and seismic forces. In case of complex structures, laboratory experiments are a widely used methodology for strength assessment and loading characterization. Nevertheless, powerful numerical tools providing reliable results are also available today and able to compete with the experimental approach. In this paper the wind action on a free-form complex thin shell is investigated through 3D-CFD simulation in terms of the pressure coefficients and global forces generated. All the modelling aspects and calibrating process are described. The results obtained showed that the CFD technique is effective in the study of the wind effects on complex-shaped structures.
Previous studies have shown that Computational Wind Engineering (CWE) is still in its infancy and has a long way to go to become truly useful to the design practitioner. The present work focuses on more recent studies to identify progress on outstanding issues and improvements in the numerical simulation of wind effects on buildings. The paper reviews wind loading and environmental effects; it finds that, in spite of some interesting and visually impressive results produced with CWE, the numerical wind tunnel is still virtual rather than real and many more parallel studies - numerical and experimental - will be required to increase the level of confidence in the computational results.
In the recent years flow around bridges are investigated using computer modeling. Selvam (1998), Selvam and Bosch (1999), Frandsen and McRobie (1999) used finite element procedures. Larsen and Walther (1997) used discrete vorticity procedure. The aeroelastic instability is a major criterion to be checked for long span bridges. If the wind speed experienced by a bridge is greater than the critical wind speed for flutter, then the bridge fails due to aeroelastic instability. Larsen and Walther (1997) computed the critical velocity for flutter using discrete vortex method similar to wind tunnel procedures. In this work, the critical velocity for flutter will be calculated directly (free oscillation procedure) similar to the approaches reported by Selvam et al. (1998). It is expected that the computational time required to compute the critical velocity using this approach may be much shorter than the traditional approach. The computed critical flutter velocity of 69 m/s is in reasonable comparison with wind tunnel measurement. The no flutter and flutter conditions are illustrated using the bridge response in time.
In this study, aerodynamic analyses based on unsteady computational fluid dynamics (CFD) have been conducted for a 2-bladed vertical-axis wind turbine (VAWT) configuration. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with standard $k-{\varepsilon}$ and SST $k-{\varepsilon}$ turbulence models are solved for unsteady flow problems. The experiment model of 2-bladed VAWT has been designed and tested in this study. Aerodynamic experiment of the present VAWT model are effectively conducted using the vehicle mounted testing system. The comparison result between the experiment and the computational fluid dynamics (CFD) analysis are presented in order to verify the accuracy of CFD modeling with different turbulent models.
This paper deals with numerical analysis of static and dynamic wind effects on civil engineering structures. Aeroelastic analysis becomes a prime criterion to be confirmed during the structural design because the long-span suspension bridges are prone to the aerodynamic instabilities caused by wind. If the wind velocity exceeds the critical velocity that the bridge can withstand, then the bridge fails due to the phenomenon of flutter. The aeroelastic simulation is carried out using both Computational Fluid Dynamic(CFD) and Computational Structural Dynamic(SCD) schemes.
The first-order method for estimating the extreme wind pressure on building envelopes with consideration of the directionality of wind speed and wind pressure is improved to enhance its computational efficiency. In this improved method, the result is obtained directly from the empirical distribution of a random selection of annual maximum wind pressure samples generated by a Monte Carlo method, rather than from the previously utilized extreme wind pressure probability distribution. A discussion of the relationship between the first- and full-order methods indicates that when extreme wind pressures in a non-typhoon climate with a high return period are estimated with consideration of directionality, using the relatively simple first-order method instead of the computationally intensive full-order method is reasonable. The validation of this reasonableness is equivalent to validating two assumptions to improve its computational efficiency: 1) The result obtained by the full-order method is conservative when the extreme wind pressure events among different sectors are independent. 2) The result obtained by the first-order method for a high return period is not significantly affected when the extreme wind speeds among the different sectors are assumed to be independent. These two assumptions are validated by examples in different regions and theoretical derivation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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