Wind fragility analysis (WFA) of concrete chimney is often executed disregarding temperature effects. But combined wind and temperature effect is the most critical limit state to define the safety of a chimney. Hence, in this study, WFA of a 70 m tall RC chimney for combined wind and temperature effects is explored. The wind force time-history is generated by spectral representation method. The safety of chimney is assessed considering limit states of stress failure in concrete and steel. A moving-least-squares method based dual response surface method (DRSM) procedure is proposed in WFA to alleviate huge computational time requirement by the conventional direct Monte Carlo simulation (MCS) approach. The DRSM captures the record-to-record variation of wind force time-histories and uncertainty in system parameters. The proposed DRSM approach yields fragility curves which are in close conformity with the most accurate direct MCS approach within substantially less computational time. In this regard, the error by the single-level RSM and least-squares method based DRSM can be easily noted. The WFA results indicate that over temperature difference of 150℃, the temperature stress is so pronounced that the probability of failure is very high even at 30 m/s wind speed. However, below 100℃, wind governs the design.
In this paper, computer simulation of wind flow around a single cooling tower with louver support at the base in the KAZERUN power station in south part of IRAN is presented as a case study. ANSYS FLOTRAN, an unstructured finite element incompressible flow solver, is used for numerical investigation of wind induced pressure load on a single cooling tower. Since the effects of the wind ribs on external surface of the cooling tower shell which plays important role in formation of turbulent flow field, an innovative relation is introduced for modeling the effects of wind ribs on computation of wind pressure on cooling tower's shell. The introduced relation which follows the concept of equivalent sand roughness for the wall function is used in conjunction with two equations ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulent model. In this work, the effects of variation in the height/spacing ratio of external wind ribs are numerically investigated. Conclusions are made by comparison between computed pressure loads on external surface of cooling tower and the VGB (German guideline for cooling tower design) suggestions.
Yoon Seok Chae;Ho Min Kim; Ji Hyung Kim;Sung Hoon Lee
Journal of Wind Energy
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v.14
no.4
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pp.43-49
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2023
We have studied biofouling in Korea's offshore wind farms by using image analysis through monitoring and surface energy analysis. To observe the biofouling characteristics, samples were fabricated using Micron extra 2 and PropOne, which have a self-polishing property, and Hempathane HS 55610, which is used in substructure coatings. The manufactured samples were installed at the bottom of a ladder in a substructure, and monitored for 10 months. The most biofouling occurred in the sample without the self-polishing property, and algae, barnacles and corallinales were observed. The surface energy analysis used the Owens-Wendt-Rabel and Kaelble (OWRK) model, which uses the contact angles of two standard fluids. As a result of calculating the surface energy using contact angle measurement, the sample without the self-polishing property showed the highest value. This result was consistent with the biofouling incidence observed through monitoring.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2006.05a
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pp.1925-1930
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2006
A quasi depth-varying mathematical model for wind-generated circulation in coastal areas, expressed in terms of the depth-averaged horizontal velocity components and free surface elevation was validated and used to understand the diurnal circulation process. The wind velocity is considered as a dominant factor for driving the wind generated current. In this paper, three dimensional numerical experiments that included the land topography were used to investigate the mesoscale air flow over the coastal regions. The surface temperature of the inland was determined through the surface heat budget consideration with inclusion of a layer of vegetation. A series of numerical experiments were then carried out to investigate the diurnal response of the air flow and wind-generated circulation to various types of surface inhomogeneities.
Kim, Yoo-Keun;Jeong, Ju-Hee;Bae, Joo-Hyun;Kwun, Ji-Hye;Seo, Jang-Won
Journal of Environmental Science International
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v.15
no.8
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pp.759-774
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2006
We employed two data assimilation techniques including MM5 Four Dimensional Data Asssimilation (FDDA) and Local Analysis and Prediction System (LAPS) to find out the effects of the changed inetial conditions on the wind fields simulation according to the objective analysis methods. We designed 5 different modeling cases. EXP B used no data assimilation system. Both EXP Fl using surface observations and EXP F2 with surface and upper-air observations employed MM5 FDDA. EXP Ll using surface observations and EXP L2 with surface and upper-air observations used LAPS. As results of, simulated wind fields using MM5 FDDA showed locally characterized wind features due to objective analysis techniques in FDDA which is forcefully interpolating simulated results into observations. EXP Fl represented a large difference in comparison of wind speed with EXP B. In case of LAPS, simulated horizontal distribution of wind fields showed a good agreement with the patterns of initial condition and EXP Ll showed comparably lesser effects of data assimilation of surface observations than EXP Fl. When upper-air observations are applied to the simulations, while MM5 FDDA could hardly have important effects on the wind fields simulation and showed little differences with simulations with merely surface observations (EXP Fl), LAPS played a key role in simulating wind fields accurately and it could contribute to alleviate the over-estimated winds in EXP Ll simulations.
Ke, S.T.;Du, L.Y.;Ge, Y.J.;Yang, Q.;Wang, H.;Tamura, Y.
Wind and Structures
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v.27
no.1
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pp.11-27
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2018
The straight-cone steel cooling tower is a novel type of structure, which has a distinct aerodynamic distribution on the internal surface of the tower cylinder compared with conventional hyperbolic concrete cooling towers. Especially in the extreme weather conditions of strong wind and heavy rain, heavy rain also has a direct impact on aerodynamic force on the internal surface and changes the turbulence effect of pulsating wind, but existing studies mainly focus on the impact effect brought by wind-driven rain to structure surface. In addition, for the indirect air cooled cooling tower, different additional ventilation rate of shutters produces a considerable interference to air movement inside the tower and also to the action mechanism of loads. To solve the problem, a straight-cone steel cooling towerstanding 189 m high and currently being constructed is taken as the research object in this study. The algorithm for two-way coupling between wind and rain is adopted. Simulation of wind field and raindrops is performed with continuous phase and discrete phase models, respectively, under the general principles of computational fluid dynamics (CFD). Firstly, the rule of influence of 9 combinations of wind sped and rainfall intensity on flow field mechanism, the volume of wind-driven rain, additional action force of raindrops and equivalent internal pressure coefficient of the tower cylinder is analyzed. On this basis, the internal pressures of the cooling tower under the most unfavorable working condition are compared between four ventilation rates of shutters (0%, 15%, 30% and 100%). The results show that the 3D effect of equivalent internal pressure coefficient is the most significant when considering two-way coupling between wind and rain. Additional load imposed by raindrops on the internal surface of the tower accounts for an extremely small proportion of total wind load, the maximum being only 0.245%. This occurs under the combination of 20 m/s wind velocity and 200 mm/h rainfall intensity. Ventilation rate of shutters not only changes the air movement inside the tower, but also affects the accumulated amount and distribution of raindrops on the internal surface.
Lepri, Petra;Kozmar, Hrvoje;Vecenaj, Zeljko;Grisogono, Branko
Wind and Structures
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v.19
no.5
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pp.505-522
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2014
While effects of the atmospheric boundary layer flow on engineering infrastructure are more or less known, some local transient winds create difficulties for structures, traffic and human activities. Hence, further research is required to fully elucidate flow characteristics of some of those very unique local winds. In this study, important characteristics of observed vertical velocity profiles along the main wind direction for the gusty Bora wind blowing along the eastern Adriatic coast are presented. Commonly used empirical power-law and the logarithmic-law profiles are compared against unique 3-level high-frequency Bora measurements. The experimental data agree well with the power-law and logarithmic-law approximations. An interesting feature observed is a decrease in the power-law exponent and aerodynamic surface roughness length, and an increase in friction velocity with increasing Bora wind velocity. This indicates an urban-like velocity profile for smaller wind velocities and rural-like velocity profile for larger wind velocities, which is due to a stronger increase in absolute velocity at each of the heights observed as compared to the respective velocity gradient (difference in average velocity among two different heights). The trends observed are similar during both the day and night. The thermal stratification is near neutral due to a strong mechanical mixing. The differences in aerodynamic surface roughness length are negligible for different time averaging periods when using the median. For the friction velocity, the arithmetic mean proved to be independent of the time record length, while for the power-law exponent both the arithmetic mean and the median are not influenced by the time averaging period. Another issue is a large difference in aerodynamic surface roughness length when calculating using the arithmetic mean and the median. This indicates that the more robust median is a more suitable parameter to determine the aerodynamic surface roughness length than the arithmetic mean value. Variations in velocity profiles at the same site during different wind periods are interesting because, in the engineering community, it has been commonly accepted that the aerodynamic characteristics at a particular site remain the same during various wind regimes.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.19
no.5
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pp.467-475
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2007
This study compared the sea surface wind pattern between model results from KMA operational model (RDAPS) and observational results from QuikSCAT in the 2005-2006 year. The mean spatial distributions of sea surface wind show the prominent seasonal patterns of summer and winter season adjacent to Korean Peninsular. The statistical analysis also shows well seasonal variation of sea surface wind patterns between model and observation results. The BIAS value represents less than -0.5 m/s and -1 m/s in summer and winter seasons, respectively. The spatially averaged correlation coefficient shows larger than 0.7 and 0.8 in summer and winter seasons, respectively. The correlation coefficient of winter season shows higher value than that of summer season in the comparison between model and observation. This results show that the RDAPS model simulate well strong sea surface wind in winter season rather than weak sea surface wind in summer season.
Yujing Wang;Weiwei Guo;He Xia;Qinghai Guan;Shaoqin Wang
Wind and Structures
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v.38
no.6
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pp.411-425
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2024
To investigate the optimal aerodynamic parameters of wind barriers for the T-beam of high-speed railway (HSR) bridge and the wind field of the wind barrier-train-bridge system, the three-component forces of the system and the wind pressure on the vehicle surface were tested and analyzed through the sectional model wind test. The effects of wind velocity, with/without wind barrier, the height of wind barrier, and the air permeability of the wind barrier on the aerodynamic characteristics of the train-bridge system are discussed. Additionally, a CFD numerical model is constructed to evaluate the wind environment of the bridge surface with/without the wind barrier, and the impact of wind barrier on the running safety of vehicles are analyzed. Comprehensively considering the running safety of the train and the wind-resistant stability of the bridge, it is more appropriate to set the wind barrier height H as 3.5 m and the porosity 𝛽 as 30% respectively.
This paper investigates the topographic effects on wind characteristics over hilly terrain, based on wind data recorded at a number of meteorological stations in or near complex terrain. The multiply data sources allow a more detailed investigation of the flow field than is normally possible. Vertical profiles of mean and turbulent wind components from a Sodar profiler were presented and then modeled as functions of height and wind speed. The correlations between longitudinal and vertical wind components were discussed. The phenomena of flow separation and generation of vortices were observed. The distance-dependence of the topographic effects on gust factors was revealed subsequently. Furthermore, the canyon effect was identified and discussed based on the observations of wind at a saddle point between two mountain peaks. This study aims to further understanding of the characteristics of surface wind over rugged terrain. The presented results are expected to be useful for structural design, prevention of pollutant dispersion, and validation of CFD (computational fluid dynamics) models or techniques over complex terrains.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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