The flow around a structure has been an important subject in wind engineering research. There are various kinds of unstable aerodynamic phenomena with regard to a bluff body. In order to understand the physical mechanism of aerodynamic and aeroelastic instability of a bluff body, the relations between the flow around structures and the motion of body with various section shapes should be investigated. Based on a series of wind tunnel tests, this paper addresses the aerodynamic stability of square cylinder with various corner cuts and attack angles in the uniform flow. The test results show that the models with corner cut produced generally better behaviour for the galloping phenomenon than the original section. However, the corner cut method can not prevent the occurrence of the vortex-induced vibration(VIV). It is also shown that as the attack angle changes, the optimum size of corner cut changes also. This means that any one specific size of corner cut which shows the best aerodynamic behaviour throughout all the cases of attack angles does not exist. This paper presents an intensive study on obtaining the optimum size of corner cut for the stabilization of aerodynamic behaviour of cylinders.
Jiqiang, Niu;Yingchao, Zhang;Zhengwei, Chen;Rui, Li;Huadong, Yao
Wind and Structures
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v.35
no.6
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pp.405-418
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2022
The aerodynamic behaviour of a CRH high-speed train under three infrastructure scenarios (flat ground, embankment, and viaduct) in the presence of a crosswind was simulated using a 1/8th scaled train model with three cars and the IDDES framework. The time-averaged and instantaneous flow field around the model were examined. The employed numerical algorithm was verified through a wind tunnel test, and the grid and timestep resolution analyses were conducted to ensure the reliability of the data. It was noted that the flow around the rail line was different under different infrastructure scenarios, especially in the case of the embankment, which degraded the aerodynamic performance of the train under the crosswind. The flow around the train on the flat ground and viaduct was different, although the aerodynamic performance of the train was similar in both cases. Moreover, the viaduct accidents were noted to have the most critical consequences, thereby requiring the most attention. The aerodynamic performance of the train on the windward track of the embankment under the crosswind was worse than that of the train on the leeward track. But for the other two infrastructure scenarios, the aerodynamic performance of the train on the windward track is relatively dangerous, which is mainly caused by the head car. These observations suggest that the aerodynamic behaviour of the train on an embankment under a crosswind must be carefully considered and that certain wind protection measures must be adopted around rail lines in windy areas.
For a detailed investigation of the dynamic behaviour of slender bridges under wind action especially the motion-induced fluid forces should be available not only for harmonic motions but also for more general ones. If linear transfer behaviour is assumed, the force-displacement relation for almost arbitrary motions can be handled in the frequency domain using aerodynamic transfer functions. In aerospace engineering as well as in bridge engineering, these functions are usually approximated by special kinds of complex-valued rational functions which depend on complex frequencies. The quality of this approximation is evaluated for several bridge cross sections in this article. It is shown that rational functions are for some sections scarcely suitable to realistically represent the transfer behaviour of motion-induced aerodynamic forces for arbitrarily complex frequencies.
Quasi-steady approaches have been often adopted to model wind forces on moving cylinders in cross-flow and to study instability conditions of rigid cylinders supported by visco-elastic devices. Recently, much attention has been devoted to the experimental study of inclined and/or yawed circular cylinders detecting dynamical phenomena such as galloping-like instability, but, at the present state-of-the-art, no mathematical model is able to recognize or predict satisfactorily this behaviour. The present paper presents a generalization of the quasi-steady approach for the definition of the flow-induced forces on yawed and inclined circular cylinders. The proposed model is able to replicate experimental behaviour and to predict the galloping instability observed during a series of recent wind-tunnel tests.
Presented herein is a numerical study for evaluating the aerodynamic behaviour of equipped bridge deck sections. In the first part, the method adopted is described, in particular concerning turbulence models, meshing requirements and numerical approach. The validation of the procedure represents the aim of the second part of the paper: the results of the numerical simulation in case of two-dimensional, steady, incompressible, turbulent flow around a realistic bridge deck are compared to the data collected from wind-tunnel tests. In order to demonstrate the influence of the section details and of the partial streamlining of the deck geometry on its aerodynamic behaviour, in the third part of the paper the effect of the fairings and of each item of equipment of the section (such as central barriers, side railings and sidewalks) is evaluated. The study has been applied to the deck section of the Normandy cable-stayed bridge.
Wind and wave loadings have a predominant role in the design of offshore structures in general, and articulated tower in particular for a successful service and survival during normal and extreme environmental conditions. Such towers are very sensitive to the dynamic effects of wind and wind generated waves. The exposed superstructure is subjected to aerodynamic loads while the submerged substructure is subjected to hydrodynamic loads. Articulated towers are designed such that their fundamental frequency is well below the wave frequency to avoid dynamic amplification. Dynamic interaction of these towers with environmental loads (wind, waves and currents) acts to impart a lesser overall shear and overturning moment due to compliance to such forces. This compliancy introduces geometric nonlinearity due to large displacements, which becomes an important consideration in the analysis of articulated towers. Prediction of the nonlinear behaviour of these towers in the harsh ocean environment is difficult. However, simplified realistic mathematical models are employed to gain an important insight into the problem and to explore the dynamic behaviour. In this paper, various modeling approaches and solution methods for articulated towers adopted by past researchers are reviewed. Besides, reliability of articulation system, the paper also discussed the design, installation and performance of articulated towers around the world oceans.
Non-uniform and unsteady inflow into a Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) brings about an asymmetric flow field on the rotor plane and an unsteady aerodynamic load on the blades. In the present paper effects of yawed inflow and wind shear are analyzed by an inviscid aerodynamic model based on the asymptotic acceleration potential method. In the analysis the rotor blades are represented by spanwise and chordwise pressure distribution composed of analytical first-order asymptotic solutions for the Laplace equation. As the actual wind field experienced by a HAWT is turbulent, the effects of the turbulence are also examined using the Veers' model.
This study investigates the aerodynamic characteristics of NACA series airfoil by altering the trailing edge in the form of extended and serrated sections. This contemporary advent examined NACA 0020 airfoil experimentally at the angle of attack ranging from 0° to 45° and for the Reynolds number of 2.46 × 105. To figure out the flow behaviour, the standard average pressure distribution over the airfoil surface is estimated with 50 pressure taps. The time series surface pressure is recorded for 700 Hz of sampling frequency. The extended trailing edge of 0.1 c, 0.2 c and 0.3 c are attached to the base airfoil. Further, the triangular serration is introduced with the base length of 2 cm, 4 cm and 6 cm. Each base length with three different amplitudes of 0.1 c, 0.2 c and 0.3 c were designed and equipped with the baseline case at the trailing edge and tested. The aerodynamic force coefficient, as well as pressure coefficient are presented. The obtained data advises that modification in the trailing edge will reflect the aerodynamic characteristics and the flow behaviour over the section of a wing. Resultantly, the extended trailing edge as a thin elongated surface attached to a base airfoil without revising the main airfoil favors good lift increment. The serrated trailing edge acts as a flow control device by altering the flow pattern results to delay the stall phenomenon. Besides it, improves lift co-efficient with less amount of additional drag. This extended and serrated trailing edge approach can support for designing the future smart airfoil.
During the past decade, many electrical transmission tower structures have failed during downburst events. This study is a part of a research program aimed to understand the behaviour of transmission lines under such localized wind events. The present study focuses on the assessment of the dynamic behaviour of the line conductors under downburst loading. A non-linear numerical model, accounting for large deformations and the effect of pretension loading, is developed and used to predict the natural frequencies and mode shapes of conductors at various loading stages. A turbulence signal is extracted from a set of full-scale data. It is added to the mean component of the downburst wind field previously evaluated from a CFD analysis. Dynamic analysis is performed using various downburst configurations. The study reveals that the response is affected by the background component, while the resonant component turns to be negligible due large aerodynamic damping of the conductors.
A mathematical arc model based on the integral method has been developed to study the arc behaviour of $SF_6$ Puffer circuit breakers during high current period. The interaction between the compression chamber and the arc interrupter plays a critical role in determining the arc behaviour. Computations have been carried out for the puffer circuit breaker of Noeske et al.[1]. The aerodynamic behaviour and electrical characteristics of the puffer circuit breaker have been investigated. In addition, the pressure rise in the compression chamber and arc voltage have been computed and the results compared with the available experimental results of Noeske et al.[1]. Special attention has been paid to the presence of the shock.
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