ADI(Alternating Direction Implicit) 유한차분법을 사용하여 3차원 경합 해수유 동 모델 BACHOM-3을 개발하였다. 본 모델을 장방형 내만에서 하나의 결점을 갖는 정상 파에 적용하여 해석해와 비교하였으며, 그 결과 해석해와 잘 일치하였다. 모델의 현지 적용성과 수영만의 해수유동을 조사하기 위해 모델을 수영만에 적용하여 대조기 평수 시 현지관측결과와 비교하였으며, 그 결과 현지 관측결과와 비교적 잘 일치하였다. 만 중앙부의 제 1층(수심 0∼2 m)과 제 2층(수심 2∼5 m)에서 조석잔차류는 시계방향으로 회전하는 순환류가 나타났으며, 또한 낙조류가 창조류보다 강하게 나타났다. 계산된 유속분포에 의하면, 표층과 저층 사이에 유속의 위상차가 나타나며, 표층으로 갈수록 위상의 지연이 나타났다. 그리고, 본 모델을 홍수시와 바람 효과를 고려한 흐름 장의 계산에도 적용하였다. 해양에서 육지로 바람이 불 때 표층에서는 풍향에 대응하는 유 속분포를 나타냈으나, 저층의 육지경계부근에서는 풍향과 반대방향의 흐름이 나타났 다.
Johannes Strecha;Stanislav Pospisil;Herbert Steinruck
Wind and Structures
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제39권1호
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pp.31-45
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2024
This paper examines the flow characteristics around an inclined prism with a U-shaped cross-section ("U-profile") and investigates the connection between the flow and flow-induced vibrations. The study employs a combined approach that involves wind tunnel experiments and computational fluid dynamics (CFD) using an unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) turbulence model. Distinct vortex formation patterns are observed in the flow field surrounding the stationary inclined profile. When the cavity of the profile faces away from the incoming flow, large vortices develop behind the profile. Conversely, when the cavity is oriented towards the oncoming flow, these vortices form within the cavity. Notably, due to the slow movement of these large vortices through the cavity, the frequency at which vortices are shed in the negative inclination case is lower compared to the positive inclination, where they form in the wake. Wind tunnel experiments reveal an intermittent transition between the two vortex formation patterns at zero inclination. Large vortices sporadically emerge both in the cavity and behind the profile. The simulation results demonstrate that when these large vortices occur at a frequency close to the structure's natural frequency, they induce prominent pitch vibrations. This phenomenon is also sought after and presented in coupled vibration experiments. Additionally, the simulations indicate that when the natural frequency of the structure is considerably lower than the vortex shedding frequency, this type of vibration can be observed.
본 연구에서는 대정해상풍력단지 설치 해역과 인근수역을 이용하는 선박교통량과 해상교통흐름의 패턴을 분석하고 단지 조성 후 합리적인 대체통항로 지정에 따른 교통량을 예측하였다. 또한 예측된 교통량을 근거하여 통항로별 통항안전성을 평가하고 검토함으로써 선박의 안전운항에 필요한 제반조건 및 대책을 제시하였다. 풍력단지 설치 해역과 인근수역의 해상교통흐름 패턴을 분석한 결과 총 8가지의 교통흐름으로 분류되었고, 연간 교통량은 8,975 척으로 예측되었다. 이를 근거로 단지 조성 후 4가지의 대체 통항로 지정에 따른 교통량을 예측하였다. 예측된 교통량과 SSPA의 동력선충돌모델을 이용하여 통항안전성을 평가한 결과 충돌 및 침로이탈확률에 관한 국내 안전기준 $10^{-4}$ 이하를 만족하므로 계획된 대체통항로가 유용함을 확인하였다.
Predictions of the pedestrian level wind speeds for the downtown area of Auckland that have been obtained by wind tunnel and computational fluid dynamic (CFD) modelling are presented. The wind tunnel method involves the observation of erosion patterns as the wind speed is progressively increased. The computational solutions are mean flow calculations, which were obtained by using the finite volume code PHOENICS and the $k-{\varepsilon}$ turbulence model. The results for a variety of wind directions are compared, and it is observed that while the patterns are similar there are noticeable differences. A possible explanation for these differences arises because the tunnel prediction technique is sensitivity to gust wind speeds while the CFD method predicts mean wind speeds. It is shown that in many cases the computational model indicates high mean wind speeds near the corner of a building while the erosion patterns are consistent with eddies being shed from the edge of the building and swept downstream.
The flow of non-rotation atmosphere with uniform stratification and wind past an isolated three dimensional topography obstacle is investigated with three-dimensional hydrostatic and non- hydrostatic numerical model. The characteristic of turbulence created the back of topography obstacle is usually defined by Froude number which is the function of upstream wind speed, the height of topography obstacle, and atmospheric stability. Turbulence tends to be formed more easily at the non-hydrostatic model than hydrostatic model. Especially, the difference between flow patterns of two models generated by isolated obstacle is more clear under low Froude number. The difference of flow patterns can be only seen at relatively low altitude, but at high altitude the patterns of two models are almost same. In this research, wind velocity in the parameters related with Froude number have great sensitivity at responsibility of numerical models. and slop of obstacle is also important factor at the flow pattern regardless of the species of numerical model
A parametric study has been carried out to elucidate the characteristics of flow past a square cylinder inclined with respect to the main flow for Re$\leq$150. Reynolds number and angle of incidence are the key parameters which determine the flow characteristics. This study would be the first step towards understanding flow pattern past a cylindrical structure under a strong gust of wind from the viewpoint of wind hazards. A complete classification of flow pattern has been obtained in the laminar region.
The flow around two rectangular cylinders with aspect ratio of 0.5 in a tandem arrangement, was investigated using pressure measurements (in a wind tunnel) and flow visualizations (in a water tunnel) in the range of P/h from 0.6 to 4.0. Four flow patterns were identified, and processes of shear layers wrapping around, the shear layer reattachment, vortices wrapping around and vortices impingement, were observed. Mean and rms pressure distributions, flow visualizations and Strouhal numbers were presented and discussed. The paper revealed that the variations of Strouhal numbers were associated with the shear layers or vortex interference around two cylinders.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제9권2호
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pp.169-174
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2016
A cross-flow wind turbine has a high torque coefficient at a low tip speed ratio. Therefore, it is a good candidate for use as a self-starting turbine. Furthermore, it has low noise and excellent stability; therefore, it has attracted attention from the viewpoint of applications as a small wind turbine for an urban district. However, its maximum power coefficient is extremely low (10 %) as compared to that of other small wind turbines. In order to improve the performance and flow condition of the cross-flow rotor, the symmetrical casing with a nozzle and a diffuser are proposed and the experimental research with the symmetrical casing is conducted. The maximum power coefficient is obtained as $C_{pmax}=0.17$ in the case with the casing and $C_{pmax}=0.098$ in the case without the casing. In the present study, the power characteristics of the cross-flow rotor and those of the symmetrical casing with the nozzle and diffuser are investigated. Then, the performance and internal flow patterns of the cross-flow wind turbine with the symmetrical casings are clarified. After that, the effect of the side boards set on the symmetrical casing is discussed on the basis of the analysis results.
The wintertime upwind flow in the Yellow Sea has been investigated through a series of two-dimensional numerical experiments in an idealized basin. A total of 10 experiments have been carried out to examine the effects of wind forcing, bottom friction and the presence of oceanic currents sweeping the shelf of the East China Sea. A spatially uniform steady and periodic wind stresses are considered along with comparison of linear and quadratic formulations. The wind-driven flow in the absence of oceanic current has been computed using Proudman open boundary condition (POBC), while the wind-driven current in the presence of oceanic current has been computed using Flather’s radiation condition (FOBC). The oceanic currents to be prescribed at the open boundary have been simulated by specifying uniform sea level gradients across the Taiwan Strait and the eastern ECS shelf, Calculations show that, as seen in Lee et al. (2000), oceanic flow little penetrates into the Yellow Sea in the absence of wind forcing unless a unrealistically low rate of bottom frictional dissipation is assumed. Both steady and time-periodic wind stresses invoke the upwind flow along the central trough of the Yellow Sea, independently of the presence of the oceanic current. The presence of oceanic currents very marginally alters the north-south gradient of the sea surface elevation in the Yellow Sea. Changes in the intensity and direction of the wind-induced mean upwind flow are hardly noticeable in the Yellow Sea but are found to be significant near Cheju Island where the gradient is reduced and therewith contribution of Ekman transport increases. In case of steady wind forcing circulation patterns such as two gyres on the slope sides, a cyclonic gyre on the western slope and an anticyclonic gyre on the eastern slope persist and the upwind flow composes part of the cyclonic gyre in the Yellow Sea. While in case of the time-periodic wind stress the appearance and disappearance of the patterns are repeated according to the time variation of the wind stress and the upwind flow accordingly varies with phase delay, mostly intensifying near the time when the wind forcing is approximately near the middle of the decaying stage.
This paper presents numerical results of pedestrian-level wind environment around the base of a row of tall buildings by CFD. Four configurations of building arrangement are computed including a single square tall building. Computed results of pedestrian-level wind flow patterns and wind speeds are compared to previous wind tunnel measurement data to enable an assessment of CFD predictions. The CFD model uses the finite-volume method with RNG $k-{\varepsilon}$ model for turbulence closure. It is found that the numerical results can reproduce key features of pedestrian-level wind environment such as corner streams around corners of upwind building, sheltered zones behind buildings and channeled high-speed flow through a building gap. However, there are some differences between CFD results and wind tunnel data in the wind speed distribution and locations of highest wind speeds inside the corner streams. In locations of high ground-level wind speeds, CFD values match wind tunnel data within ${\pm}10%$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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