Ishak, Izuan Amin;Alia, Mohamed Sukri Mat;Salim, Sheikh Ahmad Zaki Shaikh
Wind and Structures
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v.24
no.3
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pp.223-247
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2017
By using numerical simulation, vast and detailed information and observation of the physics of flow over a train model can be obtained. However, the accuracy of the numerical results is questionable as it is affected by grid convergence error. This paper describes a systematic method of computational grid refinement for the Unsteady Reynolds Navier-Stokes (URANS) of flow around a generic model of trains using the OpenFOAM software. The sensitivity of the computed flow field on different mesh resolutions is investigated in this paper. This involves solutions on three different grid refinements, namely fine, medium, and coarse grids to investigate the effect of grid dependency. The level of grid independence is evaluated using a form of Richardson extrapolation and Grid Convergence Index (GCI). This is done by comparing the GCI results of various parameters between different levels of mesh resolutions. In this study, monotonic convergence criteria were achieved, indicating that the grid convergence error was progressively reduced. The fine grid resolution's GCI value was less than 1%. The results from a simulation of the finest grid resolution, which includes pressure coefficient, drag coefficient and flow visualization, are presented and compared to previous available data.
Raatan, V.S.;Ramaswami, S.;Mano, S.;Pillai, S. Nadaraja
Wind and Structures
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v.34
no.4
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pp.385-394
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2022
Global Warming has been driven majorly by the consumption of fossil fuels. Harnessing energy from wind is viable solution towards reducing carbon footprint created due to burning such fuels, However, wind turbines have their problems of flow separation and aerodynamic stall to tackle with. In an attempt to delay the stall angle and improve the aerodynamic characteristics of the NACA 0015 symmetrical aerofoil, lateral cylindrical ridges were attached to its suction surface, at chord positions ranging from 0.1c to 0.5c. The characteristics of the original and ridged aerofoils were obtained using simultaneous pressure readings taken in a wind tunnel, at a free stream Reynolds number of Re = 2.81 × 105 for a wide range of free stream angles of attack ranging from -45° to 45°. Depending on the ridge size, a delay in stall angle varying from 5° to 20° was achieved together with the maximum increase in lift in the post-stall phases. Additionally, efforts were made to identify the optimum position for each ridge.
This paper presents annual energy production (AEP) by a 1.5kW wind turbine due to be installed in Deokjeok-Do island. Local wind data is determined by geometric shape of Deokjeok-Do island and annual wind data from Korea Institute of Energy Research at three places considered to be installed the wind turbine. Numerical simulation using WindSim is performed to obtain flow pattern for the whole island. The length of each computation grid is 40 m, and k-e turbulence model is imposed. AEP is determined by the power curve of the wind turbine and the local wind data obtained from numerical simulation. To capture the more detailed flow pattern at the specific local region, Urumsil-maul inside the island, fine mesh having the grid length of 10m is evaluated. It is noted that the input data for numerical simulation to the local region is used the wind data obtained by the numerical results for the whole island. From the numerical analysis, it is found that a local AEP at the Urumsil-maul has almost same value of 1.72 MWh regardless the grid resolutions used in the present calculation. It is noted that relatively fine mesh used for local region is effective to understand the flow pattern clearly.
The quasi-steady approaches to simulate the wind induced vibrations of inclined cables, especially on the rain-wind induced vibration, have been tried by many researchers. However, the steady wind force coefficients used in those methods include only the effects of water rivulet, but not the axial flow effects. The problem is the direct application of the conventional techniques to the inclined cable aerodynamics. Therefore, in this study, the method to implement the axial flow effects in the quasi-steady theory is considered and its applicability to the inclined cable aerodynamics is investigated. Then, it becomes clear that the perforated splitter plate in the wake of non-yawed circular cylinder can include the effects of axial flow in the steady wind force coefficients for inclined cables to a certain extent. Using the lateral force coefficients measured in this study, the quasi-steady theory may explain the wind induced instabilities of the inclined cables only in the relatively high reduced wind velocity region. When the Scruton number is less than around 40, the high speed vortex-induced vibration occurs around the onset wind velocity region of the galloping, and then, the quasi-steady approach cannot be applied for estimating the response of wind-induced vibration of inclined cable.
Newly constructed, high-rise dense building areas by urban development can cause changes in local wind fields. Wind fields were analyzed to assess the impact on the local meteorology due to the land use changes during the urban redevelopment called "Eunpyeong new town" in north-western Seoul using CFD_NIMR_SNU (Computational Fluid Dynamics, National Institute of Meteorological Research, Seoul National University) model. Initial value of wind speed and direction use analysis value of AWS (Automatic Weather Station) data during 5 years. In the case of the pre-construction with low rise built-up area, it was simulated that the spatial distribution of horizontal wind fields depends on the topography and wind direction of initial inflow. But, in the case of the post-construction with high rise built-up area, it was analyzed that the wind field was affected by high rise buildings as well as terrain. High-rise buildings can generate new circulations among buildings. In addition, small size vortexes were newly generated by terrain and high rise buildings after the construction. As high-rise buildings act as a barrier, we found that the horizontal wind flow was separated and wind speed was reduced behind the buildings. CFD_NIMR_SNU was able to analyze the impact of high-rise buildings during the urban development. With the support of high power computing, it will be more common to utilize sophisticated numerical analysis models such as CFD_NIMR_SNU in evaluating the impact of urban development on wind flow or channel.
This paper deals with the design, wind tunnel testing, and performance analysis of small wind turbines targeting low-power applications. Three different small-size blade designs in terms of size, shape, and twisting angle are considered and tested. We conduct wind tunnel tests while measuring the angular speed of the rotating blades, the generated voltage, and the current under varying resistive loading and air flow conditions. An electromechanical model is also used to predict the measured voltage and power and verify their consistency and repeatability. The measurements are found in qualitative agreement with those reported in previously-published experimental works. We present a novel methodology to estimate the mechanical torque applied to the wind turbine without the deployment of a torque measuring device. This method can be used to determine the power coefficient at a given air speed, which constitutes an important performance indicator of wind turbines. The wind tunnel tests revealed the capability of the developed wind turbines to deliver more than 1225 mW when subject to an air flow with a speed of 7 m/s. The power coefficient is found ranging between 26% and 32%. This demonstrates the aerodynamic capability of the designed blades to extract power from the wind.
In this study, aerodynamic characteristics of a horizontal axis wind turbine (HAWT) were evaluated and discussed in terms of measured data in existing onshore wind farm. Five wind turbines (T1, T2, T3, T4 and T5) were selected, and hub-height wind speed, $U_D$, wind turbine power output, P and turbine rotational speed, ${\Omega}$ data measured from these turbines were used for evaluation. In order to obtain characteristics of axial flow induction factor, a, power coefficient, $C_p$, thrust force coefficient, $C_T$, thrust force, T and tangential flow induction factor, a', Blade Element Momentum (BEM) theory was used. According to the results obtained, during a year, probability density of turbines at a rotational speed of 16.1 rpm was determined as approximately 45%. Optimum tip speed ratio was calculated to be 7.12 for most efficient wind turbine. Maximum $C_p$ was found to be 30% corresponding to this tip speed ratio.
The rain-wind induced vibration of stays is a phenomenon discovered recently and not well explained yet. As it is influenced by a wide range of physical parameters (cable size and shape, wind speed, direction and turbulence, rain intensity, material repellency and roughness, cable weight, damping and pre-strain), this peculiar phenomenon is difficult to reproduce in laboratory controlled conditions. A successful wind tunnel experimental campaign, in which some basic physical quantities were measured, allowed an extensive analysis as to identify the parameters of the rain-wind induced excitation. The unsteady pressure field and water thickness around a cable model were measured under rainy-excited conditions. The knowledge of those parameters provided helpful information about the air-flow around the cable and allowed to clarify the physical phenomenon which produces the excitation.
This paper presents the results of numerical simulation of wind environment and wind coefficient around super high-rise building. The analysis of aerodynamic response due to wind-induced forces and wind effect to surrounding buildings is important to high-rise building. This paper simulates the wind force to the high-rise building and wind flow pattern around the high-rise building, and shows the usability of CFD analysis to design process of high-rise building. A Navier-Stokes-Solver (FLUENT) with Quick spatial discretization scheme and RNG $\kappa-\epsilon$ turbulence model has been applied to the computation of the three dimensional turbulent flow.
A new finite element technique to solve the problem of wind and structure interactions is presented. Conventionally, wind analysis is performed on the Eulerian description in which the finite element mesh would not move in accordance with the wind flow. However, it is not the case in wind-structure interaction problems because nodes attached to the surface of structure should move with the displacement of structure. The arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method treats the mesh and flow independently, and allow the mesh to move. In this study, the analysis domain is divided into regions of the structure, air around the structure and the interface of two regions. To satisfy the compatibility and equilibrium conditions between separated regions and to carry out the efficient analysis, the rigid link is used. Also the equation of wind and that of structure are arranged in a single matrix equation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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