In this paper, detailed wind field data of the full path of typhoon "Bailu" were obtained based on site measurements. Typhoon "Bailu" made first landfall southeast of the Taiwan Strait with a wind speed of approximately 30 m/s near the center of the typhoon eye and a second landfall in Dongshang County in Fujian Province. The moving process is classified into 3 regions for analysis and comparison. Detailed analyses of wind characteristics including wind profile, turbulence intensity, gust factor, turbulence integral scale and wind power spectral density function at the full process of the typhoon are conducted, and the findings are presented in this paper. Wind speed shows significant dependence on both the direction of the moving path and the distance between the typhoon center and measurement site. Wind characteristics significantly vary with the moving path of the typhoon center. The relationship between turbulence intensity and gust factor at different regions is investigated. The integral turbulence scales and wind speed are fitted by a Gaussian model. Such analysis and conclusions may provide guidance for future bridge wind-resistant design in engineering applications.
Past experience indicates that the majority of failures of electrical transmission tower structures occurred during high intensity wind events, such as downbursts. The wind load distribution associated with these localized events is different than the boundary layer wind profile that is typically used in the design of structures. To the best of the authors' knowledge, this study represents the first comprehensive investigation that assesses the effect of varying the downburst parameters on the structural performance of a transmission line structure. The study focuses on a guyed tower structure and is conducted numerically using, as a case study, one of the towers that failed in Manitoba, Canada, during a downburst event in 1996. The study provides an insight about the spatial and time variation of the downburst wind field. It also assesses the variation of the tower members' internal forces with the downburst parameters. Finally, the structural behaviour of the tower under critical downburst configurations is described and is compared to that resulting from the boundary layer normal wind load conditions.
Downbursts are of great harm to transmission lines and many towers can even be destroyed. The downburst wind field model by Chen and Letchford was applied, and the wind loads of two typical transmission towers in inland areas and littoral areas were calculated separately. Spatial finite element models of the transmission towers were established by elastic beam and link elements. The wind loads as well as the dead loads of conductors and insulators were simplified and applied on the suspension points by concentrated form. Structural analysis on two typical transmission towers under normal wind and downburst was completed. The bearing characteristics and the failure modes of the transmission towers under downburst were determined. The failure state of tower members can be judged by the calculated stress ratios. It shows that stress states of the tower members were mainly controlled by 45 degree wind load. For the inland areas with low deign wind velocity, though the structural height is not in the highest wind velocity zone of downburst, the wind load under downburst is much higher than that under normal wind. The main members above the transverse separator of the legs will be firstly destroyed. For the littoral areas with high deign wind velocity, the wind load under downburst is lower than under normal wind. Transmission towers are not controlled by the wind loads from downbursts in design process.
In this study, residential building damage states observed from a post-tornado damage survey in Joplin after a 2011 EF 5 tornado were used to reconstruct the near-surface wind field. It was based on well-studied relationships between Degrees of Damage (DOD) of building and wind speeds in the Enhanced Fujita (EF) scale. A total of 4,166 one- or two-family residences (FR12) located in the study area were selected and their DODs were recorded. Then, the wind speeds were estimated with the EF scale. The peak wind speed profile estimated from damage of buildings was used to fit a translating analytical vortex model. Agreement between simulated peak wind speeds and observed damages confirms the feasibility of using post-tornado damage surveys for reconstructing the near-surface wind field. In addition to peak wind speeds, the model can create the time history of wind speed and direction at any given point, offering opportunity to better understand tornado parameters and wind field structures. Future work could extend the method to tornadoes of different characteristics and therefore improve model's generalizability.
Jesus O. Inzunza Castro;Alexis Acuna Ramirez;Marlene Zamora Machado;Magali Arellano Vazquez;Noemi Lizarraga Osuna
Wind and Structures
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v.39
no.3
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pp.163-174
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2024
This paper analyzes La Rumorosa I Wind Farm's wind states and their characteristics in the operation of two wind turbines over the course of one year of records. This information identifies the impact of wind states on wind power output. The study used the Gaussian Mixture Model to classify the occurrence and frequency of the dominant wind states in the generation of energy from the turbines. Results were obtained for mesoscale wind states and local scale wind states, such as cold fronts and Santa Ana winds, as well as daytime, nighttime and hot days, respectively, which were statistically analyzed to determine their relationship to power output by generating power and power coefficient curves. Between the cut-in speed and the rated speed of the wind turbines, cold fronts show higher efficiency, unlike nighttime wind states, which are the most efficient past the rated speed. In addition, cold fronts are also those that occur to the greatest extent, contributing 31.26% of the energy produced per year, compared with the Santa Ana winds, which occur to a lesser extent; however, they contribute 22.11% of the energy produced per year.
This paper presents an overview analysis on the observed wind shear at Pohang Steel Works, focusing on diurnal patterns and the frequency of high nighttime shear at the site in case of land breeze. In addition, this paper discusses the importance of accurate shear estimates for reliable evaluation of wind energy density. In order for a long-term correlation of the site, three Measure-Correlate-Predict methods were tested with Pohang wind data and it was shown that the linear MCP gives poor estimation due to the geographic characteristics of complex terrain where the severe transformation of wind direction was accompanied.
This paper presents and overview analysis on the observed wind shear at Pohang Steel Works. focusing on diurnal patterns and the frequency of high nighttime shear at the site in case of land breeze. In addition, this paper discusses the importance of accurate shear estimation for reliable evaluation of wind energy density. In order for long-term correlation of the site, three Measure-Correlate-Predict methods were tested with Pohang wind data and it was shown that the linear MCP gives poor estimation due to the topological characteristics of complex terrain where the severe transformation of wind direction was accompanied.
Computation solutions for the flow around a cube, which were generated as part of the Computational Wind Engineering 2000 Conference Competition, are compared with full-scale measurements. The three solutions shown all use the RANS approach to predict mean flow fields. The major differences appear to be related to the use of the standard $k-{\varepsilon}$, the MMK $k-{\varepsilon}$ and the RNG $k-{\varepsilon}$ turbulence models. The inlet conditions chosen by the three modellers illustrate one of the dilemmas faced in computational wind engineering. While all modeller matched the inlet velocity profile to the full-scale profile, only one of the modellers chose to match the full-scale turbulence data. This approach led to a boundary layer that was not in equilibrium. The approach taken by the other modeller was to specify lower inlet turbulent kinetic energy level, which are more consistent with the turbulence models chosen and lead to a homogeneous boundary layer. For the $0^{\circ}$ case, wind normal to one face of the cube, it is shown that the RNG solution is closest to the full-scale data. This result appears to be associated with the RNG solution showing the correct flow separation and reattachment on the roof. The other solutions show either excessive separation (MMK) or no separation at all (K-E). For the $45^{\circ}$ case the three solutions are fairly similar. None of them correctly predicting the high suctions along the windward edges of the roof. In general the velocity components are more accurately predicted than the pressures. However in all cases the turbulence levels are poorly matched, with all of the solutions failing to match the high turbulence levels measured around the edges of separated flows. Although all of the computational solutions have deficiencies, the variability of results is shown to be similar to that which has been obtained with a similar comparative wind tunnel study. This suggests that the computational solutions are only slightly less reliable than the wind tunnel.
He, Yinghou;Li, Qiusheng;Chan, Pakwai;Zhang, Li;Yang, Honglong;Li, Lei
Wind and Structures
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v.30
no.6
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pp.575-595
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2020
The characteristics of winds associated with tropical cyclones are of great significance in many engineering fields. This paper presents an investigation of wind characteristics over a coastal urban terrain based on field measurements collected from multiple cup anemometers and ultrasonic anemometers equipped at 13 height levels on a 356-m-high meteorological tower in Shenzhen during severe Typhoon Hato. Several wind quantities, including wind spectrum, gust factor, turbulence intensity and length scale as well as wind profile, are presented and discussed. Specifically, the probability distributions of fluctuating wind speeds are analyzed in connection with the normal distribution and the generalized extreme value distribution. The von Karman spectral model is found to be suitable to depict the energy distributions of three-dimensionally fluctuating winds. Gust factors, turbulence intensity and length scale are determined and discussed. Moreover, this paper presents the wind profiles measured during the typhoon, and a comparative study of the vertical distribution of wind speeds from the field measurements and existing empirical models is performed. The influences of the topography features and wind speeds on the wind profiles were investigated based on the field-measured wind records. In general, the empirical models can provide reasonable predictions for the measured wind speed profiles over a typical coastal urban area during a severe typhoon.
Global warming and climate change are increasing the intensity of typhoons and hurricanes and thus increasing the risk effects of typhoon and hurricane hazards on nuclear power plants (NPPs). To reflect these changes, a new NPP should be designed to endure design-basis hurricane wind speeds corresponding to an exceedance frequency of $10^{-7}/yr$. However, the short typhoon and hurricane observation records and uncertainties included in the inputs for an estimation cause significant uncertainty in the estimated wind speeds for return periods of longer than 100,000 years. A logic-tree framework is introduced to handle the epistemic uncertainty when estimating wind speeds. Three key parameters of a typhoon wind field model, i.e., the central pressure difference, pressure profile parameter, and radius to maximum wind, are used for constructing logic tree branches. The wind speeds of the simulated typhoons and the probable maximum wind speeds are estimated using Monte Carlo simulations, and wind hazard curves are derived as a function of the annual exceedance probability or return period. A logic tree decreases the epistemic uncertainty included in the wind intensity models and provides reasonably acceptable wind speeds.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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