The typical characteristics of seasonal winds were studied around the Pohang using two-stage (average linkage then k-means) clustering technique based on u- and v-component wind at 850 hpa from 2004 to 2006 (obtained the Pohang station) and a high-resolution (0.5 km grid for the finest domain) WRF-UCM model along with an up-to-date detailed land use data during the most predominant pattern in each season. The clustering analysis identified statistically distinct wind patterns (7, 4, 5, and 3 clusters) representing each spring, summer, fall, and winter. During the spring, the prevailed pattern (80 days) showed weak upper northwesterly flow and late sea-breeze. Especially at night, land-breeze developed along the shoreline was converged around Yeongil Bay. The representative pattern (92 days) in summer was weak upper southerly flow and intensified sea-breeze combined with sea surface wind. In addition, convergence zone between the large scale background flow and well-developed land-breeze was transported around inland (industrial and residential areas). The predominant wind distribution (94 days) in fall was similar to that of spring showing weak upper-level flow and distinct sea-land breeze circulation. On the other hand, the wind pattern (117 days) of high frequency in winter showed upper northwesterly and surface westerly flows, which was no change in daily wind direction.
PARK Sung-Eun;CHO Kyu-Dae;HONG Chul-Hoon;KIM Dong-Sun;CHO Kwang-Woo
Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences
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v.32
no.5
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pp.674-679
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1999
The effect of wind on the circulation in Kamak Bay in the southern sea of Korea was examined using a numerical shallow water model. The experiments were primarily focused on how the effect of wind influence the tidal residual current. According to wind directions, the residual currents were changed; the westerly wind created a strong anti-clockwise eddy in the northwestern area of the bay where the flow field is usually very weak; the easterly wind strengthened the flow field in the central area of the bay; the patterns of flow fields to the north and south winds were almost the same as one without the wind, although the flow field became slightly stronger, The model flirty reproduced features in the observed current field at Pyongsa.
Due to shortage of land and architectural aesthetics, sometimes the buildings are constructed as unconventional in plan. The wind force acts differently according to the plan shape of the building. So, it is of utter importance to study wind force or, more specifically wind pressure on an unconventional plan shaped tall building. To address this issue, this paper demonstrates a comprehensive study on mean pressure coefficient of 'E' plan shaped tall building. This study has been carried out experimentally and numerically by wind tunnel test and computational fluid dynamics (CFD) simulation respectively. Mean wind pressures on all the faces of the building are predicted using wind tunnel test and CFD simulation varying wind incidence angles from $0^{\circ}$ to $180^{\circ}$ at an interval of $30^{\circ}$. The accuracy of the numerically predicted results are measured by comparing results predicted by CFD with experimental results and it seems to have a good agreement with wind tunnel results. Besides wind pressures, wind flow patterns are also obtained by CFD for all the wind incidence angles. These flow patterns predict the behavior of pressure variation on the different faces of the building. For better comparison of the results, pressure contours on all the faces are also predicted by both the methods. Finally, polynomial expressions as the sine and cosine function of wind angle are proposed for obtaining mean wind pressure coefficient on all the faces using Fourier series expansion. The accuracy of the fitted expansions are measured by sum square error, $R^2$ value and root mean square error.
Recent studies proved turbulent flow properties in high-rise building models differ from those in low-rise building models by comparing turbulent statistics. Although it is important to understand the flow characteristics within and above high-rise building models in the study of urban environment, it is still unknown and under investigation. For this reason, we performed wind tunnel experiment using Particle Image Velocimetry (PIV) to investigate and identify the turbulent flow properties and characteristic flow patterns in high-rise building models. In particular, we focus on instantaneous flow field near the canopy and extracted flow field when homogeneous flow field were observed. As a result, six characteristic flow patterns were identified and the relationship between these flow patterns and turbulent organized structure were shown.
The suitability of Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations on the built environment for the purpose of estimating average roughness characteristics and for studying wind flow patterns within the environment is assessed. Urban models of various levels of complexity are considered including an empty domain, array of obstacles arranged in regular and staggered manners, in-homogeneous roughness with multiple patches, a semi-idealized built environment, and finally a real built environment. For each of the test cases, we conducted CFD simulations using RANS turbulence closure and validated the results against appropriate methods: existing empirical formulas for the homogeneous roughness case, empirical wind speed models for the in-homogeneous roughness case, and wind tunnel tests for the semi-idealized built environment case. In general, results obtained from the CFD simulations show good agreement with the corresponding validation methods, thereby, giving further evidence to the suitability of CFD simulations for built environment studies consisting of wide-ranging roughness. This work also provides a comprehensive overview of roughness modeling in CFD-from the simplest approach of modeling roughness implicitly through wall functions to the most elaborate approach of modeling roughness explicitly for the sake of accurate wind flow simulations within the built environment.
Large eddy simulations have been performed within and over different types of urban building arrays. This paper adopted three dimensionless parameters, building frontal area density (${\lambda}_f$) the variation degree of building height (${\sigma}_h$), and the staggered degree of building range ($r_s$), to study the systematic influence of building spacing, height and layout on wind and turbulent characteristics. The following results have been achieved: (1) As ${\lambda}_f$ decrease from 0.25 to 0.18, the mean flow patterns transfer from "skimming" flow to "wake interference" flow, and as ${\lambda}_f$ decrease from 0.06 to 0.04, the mean flow patterns transfer from "wake interference" flow to "isolated roughness" flow. With increasing ${\lambda}_f$, wind velocity within arrays increases, and the vortexes in front of low buildings would break, even disappear, whereas the vortexes in front of tall buildings would strengthen and expand. Tall buildings have greater disturbance on wind than low buildings do. (2) All the wind velocity profiles and the upstream profile converge at the height of 2.5H approximately. The decay of wind velocity within the building canopy was in positive correlation with ${\lambda}_f$ and $r_s$. If the height of building arrays is variable, Macdonald's wind velocity model should be modified through introducing ${\sigma}_h$, because wind velocity decreases at the upper layers of the canopy and increases at the lower layers of the canopy. (3) The maximum of turbulence kinetic energy (TKE) always locates at 1.2 times as high as the buildings. TKE within the canopy decreases with increasing ${\lambda}_f$ and $r_s$ but the maximum of TKE are very close though ${\sigma}_h$ varies. (4) Wind velocity profile follows the logarithmic law approximately above the building canopy. The Zero-plane displacement $z_d$ heighten with increasing ${\lambda}_f$, whereas the maximum of and Roughness length $z_0$ occurs when ${\lambda}_f$ is about 0.14. $z_d$ and $z_0$ heighten linearly with ${\sigma}_h$ and $r_s$, If ${\sigma}_h$ is large enough, $z_d$ may become higher than the average height of buildings.
Wind tunnel tests are conducted to investigate the wind loads on vertical fixed-roof cylindrical tanks with a very low aspect ratio of 0.275, which is a typical ratio for practical tanks with a volume of $100,000m^3$. Both the flat-roof tank and the dome-roof tank are investigated in present study. The first four moments of the measured wind pressure, including the mean and normalized deviation pressure, kurtosis and skewness of the pressure signal, are obtained to study the feature of the wind loads. It is shown that the wind loads are closely related to the behavior of flow around the structure. For either tank, the mean wind pressures on the cylinder are positive on the windward area and negative on the sides and the wake area, and the mean wind pressures on the whole roof are negative. The roof configurations have no considerable influence on the mean pressure distributions of cylindrical wall in general. Highly non-Gaussian feature is found in either tank. Conditional sampling technique, envelope method, and the proper orthogonal decomposition (POD) analysis are employed to investigate the characteristics of wind loads on the cylinder in more detail. It is shown that the patterns of wind pressure obtained from conditional sampling are similar to the mean pressure patterns.An instantaneous pressure coefficient can present a wide range from the maximum value to the minimum value. The quasi-steady assumption is not valid for structures considered in this paper according to the POD analysis.
Wind load and responses are the major factors which govern the design norms of tall buildings. Corner modification is one of the most commonly used minor shape modification measure which significantly reduces the wind load and responses. This study presents a comparison of wind load and pressure distribution on different corner modified (chamfered and rounded) Y plan shaped buildings. The numerical study is done by ANSYS CFX. Two turbulence models, k-epsilon and Shear Stress Transport (SST), are used in the simulation of the building and the data are compared with the previous experimental results in a similar flow condition. The variation of the flow patterns, distribution of pressure over the surfaces, force and moment coefficients are evaluated and the results are represented graphically to understand the extent of nonconformities due to corner modifications. Rounded corner shape is proving out to be more efficient in comparing to chamfered corner for wind load reduction. The maximum reduction in the maximum force and moment coefficient is about 21.1% and 19.2% for 50% rounded corner cut.
Gwangyang Bay is often severely confronted by photochemical pollutants due to its location and dense emissions. It is located in a basin on the south coast of the Korean peninsula and is crossed by a remarkable cluster of hills and mountains of a small horizontal scale that forms a channel. Clearly, the air flow field has a great influence on the dispersion of air pollutants. The characteristics of the wind flow patterns have an important effect on the dispersion of pollutants emitted. In these situations, the distribution of the ozone concentration is extremely complicated because of the superposition of circulations of the air flow fields, especially in complex coastal region. In this study, we examined the distribution of the high level ozone on Gwangyang Bay particularly during the episode day (for 5 years). Among these days, A high level ozone was induced by the development of a sea/land breeze local circulation system, as well as by an anabatic/catabatic flow from the mountains and valley with weakening of the synoptic wind. High level ozone distribution pattern(6 types) on Gwangyang bay is analyzed and the comparison of each pattern reveals substantial localized differences in intensity and distribution of ozone concentration from the site coherence and UPA analysis of ozone concentration. The observed VOC concentration had much difference in concentrations and daily variations between Jungdong and Samil.
Kim, Eun-Ryoung;Park, Rokjin J.;Lee, Dae-Geun;Kim, Jae-Jin
Atmosphere
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v.25
no.3
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pp.473-482
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2015
In this study, street canyons with a higher downwind building (so called, step-up street canyons) are considered for understanding characteristics of flow and reactive pollutants' dispersion as a basic step to understand the characteristics in wider urban areas. This study used a CFD_NIMR_SNU coupled to a chemistry module just including simple $NO_X-O_3$ photochemical reactions. First, flow characteristics are analyzed in step-up street canyons with four aspect ratios (0.33, 0.47, 0.6, 0.73) defined as ratios of upwind building heights to downwind building height. The CFD_NIMR_SNU reproduced very well the main features (that is, vortices in the street canyons) which appeared in the wind-tunnel experiment. Wind speed within the street canyons became weak as the aspect ratio increased, because volume of flow incoming over the upwind building decreased. For each step-up street canyon, chemistry transport model was integrated up to 3600 s with the time step of 0.5 s. The distribution patterns of $NO_X$ and $O_3$ were largely dependent on the mean flow patterns, however, $NO_X$ and $O_3$ concentrations were partly affected by photochemical reactions. $O_3$ concentration near the upwind lower region of the street canyons was much lower than background concentration, because there was much reduction in $O_3$ concentration due to NO titration there. Total amount of $NO_X$ in the street canyons increased with the aspect ratio, resulting from the decrease of mean wind intensity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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