In this paper, wind induced aerodynamic loads on a standard tall building have been evaluated through large-eddy simulation (LES) technique. The flow parameters of an open terrain were recorded from the downstream of an empty boundary layer wind tunnel (BLWT) and used to prescribe the transient inlet boundary of the LES simulations. Three different numerically generated inflow boundary conditions have been investigated to assess their suitability for LES. A high frequency pressure integration (HFPI) approach has been employed to obtain the wind load. A total of 280 pressure monitoring points have been systematically distributed on the surfaces of the LES model building. Similar BLWT experiments were also done to validate the numerical results. In addition, the effects of adjacent buildings were studied. Among the three wind field generation methods (synthetic, Simirnov's, and Lund's recycling method), LES with perturbation from the synthetic random flow approach showed better agreement with the BLWT data. In general, LES predicted peak wind loads comparable with the BLWT data, with a maximum difference of 15% and an average difference of 5%, for an isolated building case and however higher estimation errors were observed for cases where adjacent buildings were placed in the vicinity of the study building.
The global performance of the 5 MW OC4 semisubmersible floating wind turbine in random waves with or without steady/dynamic winds is numerically simulated by using the turbine-floater-mooring fully coupled dynamic analysis program FAST-CHARM3D in time domain. The numerical simulations are based on the complete second-order diffraction/radiation potential formulations along with nonlinear viscous-drag force estimations at the body's instantaneous position. The sensitivity of hull motions and mooring dynamics with varying wave-kinematics extrapolation methods above MWL(mean-water level) and column drag coefficients is investigated. The effects of steady and dynamic winds are also illustrated. When dynamic wind is added to the irregular waves, it additionally introduces low-frequency wind loading and aerodynamic damping. The numerically simulated results for the 5 MW OC4 semisubmersible floating wind turbine by FAST-CHARM3D are also extensively compared with the DeepCWind model-test results by Technip/NREL/UMaine. Those numerical-simulation results have good correlation with experimental results for all the cases considered.
Sundaresan, Aakhash;Arunvinthan, S.;Pasha, A.A.;Pillai, S. Nadaraja
Wind and Structures
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제32권3호
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pp.205-217
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2021
Cold regions with high air density and wind speed attract wind energy producers across the globe exhibiting its potential for wind exploitation. However, exposure of wind turbine blades to such cold conditions bring about devastating impacts like aerodynamic degradation, production loss and blade failures etc. A series of wind tunnel tests were performed to investigate the effect of icing on the aerodynamic properties of wind turbine blades. A baseline clean wing configuration along with four different ice accretion geometries were considered in this study. Aerodynamic force coefficients were obtained from the surface pressure measurements made over the test model using MPS4264 Simultaneous pressure scanner. 3D printed Ice templates featuring different ice geometries based on Icing Research Tunnel data is utilized. Aerodynamic characteristics of both the clean wing configuration and Ice accreted geometries were analysed over a wide range of angles of attack (α) ranging from 0° to 24° with an increment of 3° for three different Reynolds number in the order of 105. Results show a decrease in aerodynamic characteristics of the iced aerofoil when compared against the baseline clean wing configuration. The key flow field features such as point of separation, reattachment and formation of Laminar Separation Bubble (LSB) for different icing geometries and its influence on the aerodynamic characteristics are addressed. Additionally, attempts were made to understand the influence of Reynolds number on the iced-aerofoil aerodynamics.
The side jet effects between jet flow and free-stream on a missile body were investigated by experimentally and numerically for modeling aerodynamic coefficients in pitch plane. K-factors for normal force and pitching moment were introduced to estimate the side jet effects. The main parameters of the jet interaction phenomena were angle of attack, jet pressure ratio, Mach number and jet bank angle. The K-factors for normal force coefficient and pitching moment coefficients in pitch plane were analysed.
The paper evaluates the aerodynamic coefficients on a blunt-nose re-entry capsule with a conical cross-section followed by a cone-flare body. A computer code is developed to solve three-dimensional compressible inviscid equationsfor flow over a Space Recovery Experiment (SRE) configuration at different flare-cone half-angle at Mach 6 and angle of attack up to 5°, at 1° interval. The surface pressure variation is numerically integrated to obtain the aerodynamic forces and pitching moment. The numerical analysis reveals the influence of flare-cone geometry on the flow characteristics and aerodynamic coefficients. The numerical results agree with wind tunnel results. Increase of cone-flare angle from 25° to 35° results in increase of normal force slope, axial forebody drag, base drag and location of centre of pressure by 62.5%, 56.2% and 33.13%, respectively, from the basic configuration ofthe SRE of 25°.
In this paper, we investigated the sensitivity of aerostatic force coefficients of multi-layer radom in the various wind speeds. The test was conducted in KOCED Wind Tunnel Center in Chonbuk National University, and wind speeds were in the range from 5 m/s to 26 m/s in order to determine the Reynolds number independence. The test results of present multi-layer radom were not affected by the Reynolds number, The maximum positive pressure coefficient was found to be 1.08 at the center of the front of the plane in angle of attack of 0 degree, the maximum negative pressure coefficient was -2.03 at the upper right corner in angle of attack of 120 degree, while maximum drag coefficient was 1.11 in angle of attack of 180 degree.
This paper traces the drafting of the new EN 1991-1-4 Eurocode 1 - Actions on structures - Part 1-4: General actions - Wind actions within Mandate M/515 of the European Commission to CEN, for the evolution of structural Eurocodes towards their Second Generation. Work of the Project Team started in August 2017 and ended in April 2020, with delivery of a final draft for public enquiry. The revised document contains several modifications with respect to the existing 2005 version, and new sections were added, covering aspect not dealt with in the previous version. It has a renovated structure, with a main text limited in size and containing only fundamental material; all the remaining information, either normative or informative is arranged into thirteen annexes. Common to other Eurocode Parts, general requests from CEN were those of reducing the number of Nationally Determined Parameters and of enhancing the ease of use. More specific requests were those of (a) the drafting of a European design wind map, (b) improving wind models, (c) reviewing force and pressure coefficients, (d) reviewing the procedures for evaluation of the dynamic response, as well as (e) making editorial improvements aimed at a more user friendly document. The author had the privilege to serve as Project Team member for the drafting of the new document, and this paper brings his personal view concerning some general aspects of wind code writing, and some more specific aspects about the particular document.
The nonlinear aerodynamic instability of a tensioned plane orthotropic membrane structure is theoretically investigated in this paper. The interaction governing equation of wind-structure coupling is established by the Von $K\acute{a}rm\acute{a}n's$ large amplitude theory and the D'Alembert's principle. The aerodynamic force is determined by the potential flow theory of fluid mechanics and the thin airfoil theory of aerodynamics. Then the interaction governing equation is transformed into a second order nonlinear differential equation with constant coefficients by the Bubnov-Galerkin method. The critical wind velocity is obtained by judging the stability of the second order nonlinear differential equation. From the analysis of examples, we can conclude that it's of great significance to consider the orthotropy and geometrical nonlinearity to prevent the aerodynamic instability of plane membrane structures; we should comprehensively consider the effects of various factors on the design of plane membrane structures; and the formula of critical wind velocity obtained in this paper provides a more accurate theoretical solution for the aerodynamic stability of the plane membrane structures than the previous studies.
A floating bridge is an innovative solution for deep-water and long-distance crossing. This paper presents a curved floating bridge's dynamic behaviors under the wind, wave, and current loads. Since the present curved bridge need not have mooring lines, its deep-water application can be more straightforward than conventional straight floating bridges with mooring lines. We solve the coupled interaction among the bridge girders, pontoons, and columns in the time-domain and to consider various load combinations to evaluate each force's contribution to overall dynamic responses. Discrete pontoons are uniformly spaced, and the pontoon's hydrodynamic coefficients and excitation forces are computed in the frequency domain by using the potential-theory-based 3D diffraction/radiation program. In the successive time-domain simulation, the Cummins equation is used for solving the pontoon's dynamics, and the bridge girders and columns are modeled by the beam theory and finite element formulation. Then, all the components are fully coupled to solve the fully-coupled equation of motion. Subsequently, the wet natural frequencies for various bending modes are identified. Then, the time histories and spectra of the girder's dynamic responses are presented and systematically analyzed. The second-order difference-frequency wave force and slowly-varying wind force may significantly affect the girder's lateral responses through resonance if the bridge's lateral bending stiffness is not sufficient. On the other hand, the first-order wave-frequency forces play a crucial role in the vertical responses.
In recent years, LNG bunkering terminals are needed to supply LNG as fuel to meet the emission requirements of the International Maritime Organization (IMO). A floating LNG bunkering terminal (FLBT) is one of the most cost-effective and environmentally friendly LNG bunkering systems for storing LNG and transferring it directly to an LNG fuel vessel. The FLBT maintains its position using mooring systems such as spread mooring and turret mooring. The loads on the vessel and mooring lines must be carefully determined to maintain their positions within the operable area. In this study, the wind loads acting in several side-by-side arrangements on the FLBT and LNG-BS were estimated using wind tunnel tests in the Force Technology, and the shielding effect due to the presence of ships upstream was evaluated. In addition, the empirical formulations proposed by Fujiwara et al. (2012) were used to estimate the wind force coefficients acting on the FLBT and those results were compared with experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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