Raatan, V.S.;Ramaswami, S.;Mano, S.;Pillai, S. Nadaraja
Wind and Structures
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제34권4호
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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.
Su, Yang;Xiang, Huoyue;Fang, Chen;Wang, Lei;Li, Yongle
Wind and Structures
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제24권2호
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pp.171-184
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2017
The present study provides a deeper understanding of the flow fields of a full-scale railway wind barriers by means of a wind tunnel test. First, the drag forces of the three wind barriers were measured using a force sensor, and the drag force coefficients were compared with a similar scale model. On this basis, the mean wind velocity and turbulence upwind and downwind of the wind barriers were measured. The effects of pore size and opening forms of the wind barrier were discussed. The results show that the test of the scaled wind barrier model may be unsafe, and it is suitable to adopt the full-scale wind barrier model. The pore size and the opening forms of wind barriers have a slight influence on the flow fields upwind of the wind barrier but have some influences on the flow fields and power spectra downwind of the wind barrier. The smaller pore size generates a lower turbulence density and value of the power spectrum near the wind barrier, and the porous wind barriers clearly provide better shelter than the bar-type wind barriers.
Huang, Peng;Chowdhury, Arindam Gan;Bitsuamlak, Girma;Liu, Roy
Wind and Structures
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제12권2호
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pp.151-177
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2009
The International Hurricane Research Center (IHRC) at Florida International University (FIU) is pursuing research to better understand hurricane-induced effects on residential buildings and other structures through full-scale aerodynamic and destructive testing. The full-scale 6-fan Wall of Wind (WoW) testing apparatus, measuring 4.9 m tall by 7.3 m wide, is capable of generating hurricane-force winds. To achieve windstorm simulation capabilities it is necessary to reproduce mean and turbulence characteristics of hurricane wind flows. Without devices and methods developed to achieve target wind flows, the full-scale WoW simulations were found to be unsatisfactory. To develop such devices and methods efficiently, a small-scale (1:8) model of the WoW was built, for which simulation devices were easier and faster to install and change, and running costs were greatly reduced. The application of such devices, and the use of quasiperiodic fluctuating waveforms to run the WoW fan engines, were found to greatly influence and improve the turbulence characteristics of the 1:8 scale WoW flow. Reasonable reproductions of wind flows with specified characteristics were then achieved by applying to the full-scale WoW the devices and methods found to be effective for the 1:8 scale WoW model.
A method of synthetic time series generation was developed and applied to the simulation of homogeneous turbulence in a periodic 3 - D box and the hourly wind data simulation. The method can simulate almost exact sample auto and cross correlations of multiple time series and control non-Gaussian distribution. Using the turbulence simulation, influence of correlations, non-Gaussian distribution, and one-direction anisotropy on homogeneous structure were studied by investigating the spatial distribution of turbulence kinetic energy and enstrophy. An hourly wind data of Typhoon Robin was used to illustrate a capability of the method to simulate sample cross correlations of multiple time series. The simulated typhoon data shows a similar shape of fluctuations and almost exactly the same sample auto and cross correlations of the Robin.
The performance of the $k-{\varepsilon}$ and $k-{\omega}$ two-equation turbulence models was investigated in computational simulations of the neutrally stratified atmospheric boundary layer developing above various terrain types. This was achieved by using a proposed methodology that mimics the experimental setup in the boundary layer wind tunnel and accounts for a decrease in turbulence parameters with height, as observed in the atmosphere. An important feature of this approach is pressure regulation along the computational domain that is additionally supported by the nearly constant turbulent kinetic energy to Reynolds shear stress ratio at all heights. In addition to the mean velocity and turbulent kinetic energy commonly simulated in previous relevant studies, this approach focuses on the appropriate prediction of Reynolds shear stress as well. The computational results agree very well with experimental results. In particular, the difference between the calculated and measured mean velocity, turbulent kinetic energy and Reynolds shear stress profiles is less than ${\pm}10%$ in most parts of the computational domain.
상업용 풍력발전단지에 설치된 기상 탑의 측정데이터와 풍력터빈의 SCADA(Supervisory Control and data Acquisition) 데이터를 이용하여 풍력터빈의 후류영향을 분석하고 후류 풍속저감 예측을 위한 eddy viscosity 모델 및 난류강도 예측을 위한 Lange 모델의 계산값과 비교하였다. 후류영향 분석결과, 자유단(free stream) 풍속이 낮을수록 풍력터빈 후류에서의 풍속 감소율은 증가하였으며 후류 난류강도 역시 자유단 풍속이 낮아질수록 증가하는 특징을 보였다. Eddy viscosity 모델에 의해 예측된 풍력터빈 후류중심에서의 풍속 감소율은 측정값에 비해 과대 예측되었으며 Lange 모델에 의한 후류 난류강도 예측은 실측값과 유사하게 예측되고 있음을 보였다.
내풍설계에서 기본풍속의 경우 우리나라는 10분 평균풍속을 이용하고 있지만, 기후변화와 태풍의 직간접 영향 및 강도증가로 인한 순간최대풍속이 구조물에 미치는 영향이 더 크다는 사실이 알려지고 있고, 일부 다른 나라에서는 이러한 순간풍속의 효과를 고려 3초의 평균풍속을 이용하고 있다. 본 논문에서는 1973-2016연까지의 일순간최대풍속의 확률과정, 통계적 성질, 난류의 특성 등을 평가하기 위하여 대표지점(17개 지점)을 선정했다. 선정된 각 지점에 대한 일순간최대풍속자료는 기상청으로부터 획득했다. 획득된 순간풍속의 해석결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 제주 서귀포 여수 부산에서의 8 7 9월에 0.2~0.35%로 나타났고, 서울 대관령은 3 4 5월에 0.25%로 나타났다. 2. 확률과정의 왜도평가에서 해안지역보다는 내륙지역에서의 더 큰 비정규성을 나타냈다. 3. 인접지역의 상관계수 평가에서 서울 인천(0.8), 대전 청주(0.75), 제주 서귀포(0.72) 순으로 나타났으며, 대관령 강릉은(-0.07), 전주 군산(0.0)은 인접지역의 영향이 거의 없는 것으로 나타났다.
At present the most popular turbulence models used for engineering solutions to flow problems are the $k-{\varepsilon}$ and Reynolds stress models. The shortcoming of these models based on the isotropic eddy viscosity concept and Reynolds averaging in flow fields of the type found in the field of Wind Engineering are well documented. In view of these shortcomings this paper presents the implementation of a non-linear model and its evaluation for flow around a building. Tests were undertaken using the classical bluff body shape, a surface mounted cube, with orientations both normal and skewed at $45^{\circ}$ to the incident wind. Full-scale investigations have been undertaken at the Silsoe Research Institute with a 6 m surface mounted cube and a fetch of roughness height equal to 0.01 m. All tests were originally undertaken for a number of turbulence models including the standard, RNG and MMK $k-{\varepsilon}$ models and the differential stress model. The sensitivity of the CFD results to a number of solver parameters was tested. The accuracy of the turbulence model used was deduced by comparison to the full-scale predicted roof and wake recirculation zone lengths. Mean values of the predicted pressure coefficients were used to further validate the turbulence models. Preliminary comparisons have also been made with available published experimental and large eddy simulation data. Initial investigations suggested that a suitable turbulence model should be able to model the anisotropy of turbulent flow such as the Reynolds stress model whilst maintaining the ease of use and computational stability of the two equations models. Therefore development work concentrated on non-linear quadratic and cubic expansions of the Boussinesq eddy viscosity assumption. Comparisons of these with models based on an isotropic assumption are presented along with comparisons with measured data.
This paper formulates a probabilistic model which is able to represent the maximum instantaneous wind velocity. Unlike the classical methods, where the randomness is circumscribed within the mean maximum component, this model relies also on the randomness of the maximum value of the turbulent fluctuation. The application of the FOSM method furnishes the first and second statistical moments in closed form. The comparison between the results herein obtained and those supplied by classical methods points out the central role of the turbulence intensity. Its importance is exalted when extending the analysis from the wind velocity to the wind pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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