The strong turbulence characteristic of typhoon not only will significantly change flow field characteristics surrounding the large-scale wind turbine and aerodynamic force distribution on surface, but also may cause morphological evolution of coast dune and thereby form sand storms. A 5MW horizontal-axis wind turbine in a wind power plant of southeastern coastal areas in China was chosen to investigate the distribution law of additional loads caused by wind-sand coupling movement of coast dune at landing of strong typhoons. Firstly, a mesoscale Weather Research and Forecasting (WRF) mode was introduced in for high spatial resolution simulation of typhoon "Megi". Wind speed profile on the boundary layer of typhoon was gained through fitting based on nonlinear least squares and then it was integrated into the user-defined function (UDF) as an entry condition of small-scaled CFD numerical simulation. On this basis, a synchronous iterative modeling of wind field and sand particle combination was carried out by using a continuous phase and discrete phase. Influencing laws of typhoon and normal wind on moving characteristics of sand particles, equivalent pressure distribution mode of structural surface and characteristics of lift resistance coefficient were compared. Results demonstrated that: Compared with normal wind, mesoscale typhoon intensifies the 3D aerodynamic distribution mode on structural surface of wind turbine significantly. Different from wind loads, sand loads mainly impact on 30° ranges at two sides of the lower windward region on the tower. The ratio between sand loads and wind load reaches 3.937% and the maximum sand pressure coefficient is 0.09. The coupling impact effect of strong typhoon and large sand particles is more significant, in which the resistance coefficient of tower is increased by 9.80% to the maximum extent. The maximum resistance coefficient in typhoon field is 13.79% higher than that in the normal wind field.
The present study focuses on aerodynamic parameters behaviors and control on the single and double side setback building models at the buildings mid-height. The study is conducted by computational fluid dynamics (CFD) simulation. This study estimates the face wise pressure coefficient on single side setback buildings with a setback range of 20%-50% and double side setback buildings with setbacks ranging from 10%-25%. The polynomial fitted graphs from CFD data predict the Cp on different setback model faces within permissible limit ±13% error. The efficient model obtained according to the minimum drag, lift, and moment consideration for along and across wind conditions. The study guides the building tributary area doesn't control the drag, lift, and moment on setback type buildings. The setback distance takes a crucial role in that. The 20% double side setback model is highly efficient to regulate the moment for both along and across wind conditions. It reduces 17.5% compared to the 20% single side setback and 14% moment compared to the 10% double side setback models. The double side setback building is more efficient to control 4.2% moment than the single side setback building
The effect of cladding panel size on the size reduction factor (SRF) of extreme area-averaging wind pressure (EAWP) on the facades of a high-rise building is often ignored in previous studies. Based on wind tunnel tests, this study investigated the horizontal and vertical correlations of wind pressure on the facade claddings of square-section high-rise buildings. Then, the influencing parameters on the SRF of the EAWP on the cladding panels were analyzed, which were the panel area, panel width, panel length and building width. The results show clear regional distinctions in the correlation of wind pressures on the building facades and the rules of the horizontal and vertical correlations are remarkably different, which causes the cladding size ratio to impact the SRF significantly. Therefore, this study suggests the use of the non-dimensional comprehensive size parameter b𝜶h1-𝜶/B (𝜶 is the fitting parameter) determined by the cladding panel horizontal size b, cladding panel vertical size h and the building width B rather than the cladding panel area to describe the variation of the EAWP. Finally, some empirical formula for the SRF of the EAWP on the cladding of a high-rise building is proposed with the nondimensional comprehensive size parameter.
In this paper, stress distribution for a structurally stable greenhouse is considered in the present paper with subsequent investigation into the detailed stress distribution contour with the variation of self-weight and wind pressure level designation method under wind velocity of less than 30 m/sec. For reliable analysis, wind pressure coefficients of a single greenhouse unit were modeled and compared with experiment with correlation coefficient greater than 0.99. Wind load level was designated twofold: direct mapping of fluid dynamic analysis and conversion of modeled results into wind pressure coefficients ($C_P$). Finally, design criteria of EN1991-1-4 and NEN3859 were applied in terms of their wind pressure coefficients for comparison. $C_P$ of CFD result was low in the most of the modeled area but was high only in the first roof wind facing and the last lee facing areas. Besides, structural analysis results were similar in terms of stress distribution as per EN and direct mapping while NEN revealed higher level of stress for the last roof area. The maximum stress levels are arranged in decreasing order of mapping, EN, and NEN, generating 8% error observed between the EN and mapping results under 30 m/sec of wind velocity. On the other hand, effect of dead weight on the stress distribution was investigated via variation of high stress position with wind velocity, confirming shift of such position from the center to the forward head wind direction. The sensitivity of stress for wind velocity was less than 0.8% and negligible at wind velocity greater than 20 m/sec, thus eliminating self-weight effect.
Yazhou, Xu;Qianqian, Ren;Guoliang, Bai;Hongxing, Li
Wind and Structures
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v.28
no.4
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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 the present study, the pressure coefficient of a cubic building model is numerically simulated. Three turbulence models of standard ${\kappa}-{\varepsilon}$, RNG ${\kappa}-{\varepsilon}$ and LES are adopted and the results are compared with the available experimental data. From the results, it has been found that RNG ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model and LES turbulence model were shown to predict fairly well the experimental pressure coefficient. In contrast, the results of the standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model showed large discrepancies in pressure coefficient on the side and top surfaces of the cubic building, which limits the applicability of the standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model on wind engineering.
Buildings with mono-sloped roofs are used for different purposes like at railway platforms, restaurants, industrial buildings, etc. Between two types of mono-slope roofs, clad and unclad, unclad canopy types are more vulnerable to wind load as wind produces pressure on both upper and lower surfaces of the roof, resulting in uplifting of the roof surface. This paper discusses the provisions of wind loads in different codes and standards for Low-rise buildings. Further, the pressure coefficients on mono-slope canopy roof available in wind code and standards are compared. Previous experimental studies for mono-slope canopy roof along with the recent wind tunnel testing carried out at Indian Institute of Technology, Roorkee is briefly discussed and compared with the available wind codes. From the study it can further be asserted that the information available related to staging or blocking under the mono-slope canopy roofs is limited. This paper is an attempt to put together the available information in different wind codes/standards and the research works carried out by different researchers, along with shedding some light on the future scopes of research on mono-slope canopy roofs.
Bodhinayake, Geeth G.;Ginger, John D.;Henderson, David J.
Wind and Structures
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v.30
no.3
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pp.219-229
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2020
Net pressures on roofs and walls of buildings are dependent on the internal and external pressure fluctuations. The variation of internal and external pressures are influenced by the size and location of the openings. The correlation of external and internal pressure influences the net pressures acting on cladding on different parts of the roof and walls. The peak internal and peak external pressures do not occur simultaneously, therefore, a reduction can be applied to the peak internal and external pressures to obtain a peak net pressure for cladding design. A 1:200 scale wind tunnel model study was conducted to determine the correlations of external and internal pressures and effective reduction to net pressures (i.e., net pressure factors, FC) for roof and wall cladding. The results show that external and internal pressures on the windward roof and wall edges are well correlated. The largest ${\mathcal{C}}_{{\check{p},net}$, highest correlation coefficient and the highest FC are obtained for different wind directions within 90° ≤ θ ≤ 135°, where the large openings are on the windward wall. The study also gives net pressure factors FC for areas on the roof and wall cladding for nominally sealed buildings and the buildings with a large windward wall opening. These factors indicate that a 5% to 10% reduction to the action combination factor, KC specified in AS/NZS 1170.2(2011) is possible for some critical design scenarios.
Current wind-resistance designs of large-scale indirect dry cooling towers (IDCTs) exclude an important factor: the influence of the ventilation rate for radiator shutter on wind loads on the outer surfaces of the tower shell. More seemingly overlooked aspects are the effects of various ventilation rates on the wind pressure distribution on the tower surfaces of two IDCTs, and the feature of the flow field around them. In order to investigate the effects of the radiator shutter ventilation rates on the aerodynamic interference between IDCTs, this paper established the numerical wind tunnel model based on the Computational Fluid Dynamic (CFD) technology, and analyzed the influences of various radiator shutter ventilation rates on the aerodynamic loads acting upon a single and two extra-large IDCTs during building, installation, and operation stages. Through the comparison with the results of physical wind tunnel test and different design codes, the results indicated that: the influence of the ventilation rate on the flow field and shape coefficients on the outer surface of a single IDCT is weak, and the curve of mean shape coefficients is close to the reference curve provided by the current design code. In a two-tower combination, the ventilation rate significantly affects the downwind surface of the front tower and the upwind surface of the back tower, and the larger positive pressure shifts down along the upwind surface of the back tower as the ventilation rate increases. The ventilation rate significantly influences the drag force coefficient of the back tower in a two-tower combination, the drag force coefficient increases with the ventilation rate and reaches the maximum in a building status of full ventilation, and the maximum drag coefficient is 11% greater than that with complete closure.
Solar-terrestrial links in short-time scales(daily ~monthly) are extensively explored in recent years: such as a response of low cloud amounts to the Forbush decrease, a response of Northern Atlantic oscillation index to sudden increase in electric field intensity of solar wind and so on (e.g., Svensmark et al., 2009; Boberg & Lundstedt, 2002). In this study, we perform the superposed epoch analysis to see any possible response of the sea-level pressure over Korean peninsula to the fast solar wind stream. Data sets are daily values, and zero days are determined to be days when the solar wind velocity exceeds 800km/s. Average profile of superposed sea-level pressure shows a gradual increase during the first 2 days and a decrease afterward below the normal level with a low pressure condition maintained for a few days. This result indicates that the sea-level pressure may respond to the fast solar wind stream. In other words, the average profile of sea-level pressure mimics the average velocity profiles. The correlation coefficient between two average profiles is 0.80, with 2 day lag.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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