Wind tunnel test is often adopted to assess the site-specific wind characteristics for the design of bridges as suggested by current design standards. To investigate the wind characteristics of flat and mountainous terrain, two topographic models are tested in a boundary layer wind tunnel. The wind characteristics, including the vertical and horizontal mean wind speed distributions, the turbulence intensity, and the wind power spectra, are presented. They are investigated intensively in present study with the discussions on the effect of wind direction and the effect of topography. It is indicated that for flat terrain, the wind direction has negligible effect on the wind characteristics, however, the assumption of a homogenous wind field for the mountainous terrain is not applicable. Further, the non-homogeneous wind field can be defined based on a proposed approach if the wind tunnel test or on-site measurement is performed. The calculated turbulence intensities and wind power spectra by using the measured wind speeds are also given. It is shown that for the mountainous terrain, engineers should take into account the variability of the wind characteristics for design considerations.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.16
no.2
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pp.141-150
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2000
In order to genralize the vertical dispersion of plume at long distances on mesoscale over complex terrain dispersion coefficients data have been obtained systematically according to lapsed time after release by using a composite turbulence water tank that simulates convective boundary layer. Dispersion experiments have been carried out for various combined conditions of thermal turbulence intensity mechanical turbulence intensity and plume release height at slightly to moderately unstable conditions. Results of tracer dispersion experiments conducted using water tank camera and image processing system have been converted into atmospheric dispersion data through the application of similarity law. The equation $\sigma$z/Zi=aX/(b+c X2)0.5 where $\sigma$2; vertical dispersion coefficient zi : mixing height X : dimen-sionaless downwind distance was confirmed to be an appropriate and general equation for expressing $\sigma$2 variation with turbulence intensity and plume release height, The value of "a" was found to be principally affected by mechanical turbulence intensity and that of "b" by mechanical turbulence intensity and release height. It was confirmed that the magnitude of "c" varies with release height. Results of water tank experiments on the relationship of $\sigma$2 vs downwind distance x have been compared with actual atmospheric dispersion data such as CONDORS data and Bowne's nomogram Operating conditions of a composite turbulence water tank for simulating the field turbulence situations of CONDORS experiments and Bowne's $\sigma$2(x) nomogram for suburban area have also been investigated in terms of water temperature difference between convection water tank and bottom plate heating tank grid plate stroke mixing water depth length scale and velocity scale. Moreover the effect of mechanical turbulence intensity on vertical dispersion has been discussed in the light of release height and downwind distance. height and downwind distance.
Accurate numericalsimulation of wind field over complex terrain is an important prerequisite for wind resource assessment. In this study, numerical simulation of wind field over complex terrain was further carried out by taking the complex terrain around Siu Ho Wan station in Hong Kong as an example. By artificially expanding the original digital model data, Gambit and ICEM CFD software were used to create high-precision complex terrain model with high-quality meshing. The equilibrium atmospheric boundary layer simulation based on RANS turbulence model was carried out in a flat terrain domain, and the approximate inflow boundary conditions for the wind field simulation over complex terrain were established. Based on this, numerical simulations of wind field over complex terrain under different inflow wind directions were carried out. The numerical results were compared with the wind tunnel test and field measurement data for land and sea fetches. The results show that the numerical results are in good agreement with the wind tunnel data and the field measurement data which can verify the accuracy and reliability of the numerical simulation. The near ground wind field over complex terrain is complex and affected obviously by the terrain, and the wind field characteristics should be fully understood by numerical simulation when carrying out engineering application on it.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.12
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pp.1655-1666
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2003
It is experimentally well-known that high anisotropies of the turbulent flow field are dominant inside the tip leakage vortex, which is attributable to a substantial proportion of the total loss and constitutes one of the dominant mechanisms of the noise generation. This anisotropic nature of turbulence invalidates the use of the conventional isotropic eddy viscosity turbulence models based on the Boussinesq assumption. In this study, to check whether an anisotropic turbulence model is superior to the isotropic ones or not, the results obtained from the steady-state Reynolds averaged Navier-Stokes simulations based on the RNG k-$\varepsilon$ model and the Reynolds stress model (RSM) are compared with experimental data for two test cases: a linear compressor cascade and a forward-swept axial-flow fan. Through this comparative study of turbulence models, it is clearly shown that the RSM, which can express the production term and body-force term induced by system rotation without introducing any modeling, should be used to predict quantitatively the complex tip leakage flow, especially in the rotating environment.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.9
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pp.1172-1177
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1999
Comparisons of measured turbulence properties in the unburned gas region of turbulent premixed flame stabilized by pilot flame, in cases of combusting and non-combusting flow conditions, are presented. Methane-air premixed jet at fuel equivalence ratio of 0.6 and 1.0 and Reynolds number of 7,000 was diagnosed using two-color laser velocimeter to obtain turbulence statistics. Same set of measurements was repeated at 21 locations within the unburned gas region of both combusting and non-combusting conditions. Velocity data were analyzed to evaluate the spatial distribution of turbulence properties including Reynolds stress, probability densities, joint probability densities and auto correlations. Contrary to assumptions of current theoretical models, significant influence of flame was observed in every property that was studied in the present investigation. The effective viscosity increased ten-fold when flame was on from cold flow values. The effect of mixing on joint probability as well as in turbulence intensity was suppressed by the flame. The measurements suggest that common assumptions of premixed flame model may result in sizable error in prediction of flame length and temperature distribution in near-field.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.6
s.99
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pp.687-696
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2005
Acoustic power spectrum of the upstream and downstream sound field due to an isotropic frozen turbulent gust impinging on a cascade of flat plate airfoils are computed by using a analytic formulation derived from Smith's method, and Whitehead's LINSUB codes. A parametric study of the effects on sound power of the number of blades and turbulence length scale is performed with an emphasis on analyzing the characteristics of sound power spectrum. Through the comparison of the computed results of sound power, it is found that acoustic power spectrum from the 2-D cascade subject to a ingested turbulence can be categorized into two distinct regions. one is lower frequency region where some spectral components of turbulence do not contribute to the cut-on acoustic modes and therefore the effect of the cascade geometry is more dominant ; the other is higher frequency region where all of spectral components of turbulence make contributions to cut-on acoustic modes and thus acoustic power is approximately proportional to the blade number.
Despite of the laminar-turbulent transition region co-exist with fully turbulence region around the leading edge of an airfoil, still lots of researchers apply to fully turbulence models to predict aerodynamic characteristics. It is well known that fully turbulent model such as standard k-${\varepsilon}$ model couldn't predict the complex stall and the separation behavior on an airfoil accurately, it usually leads to over prediction of the aerodynamic characteristics such as lift and drag forces. So, we apply correlation based transition model to predict aerodynamic performance of the NREL (National Renewable Energy Laboratory) Phase IV wind turbine. And also, compare the computed results from transition model with experimental measurement and fully turbulence results. Results are presented for a range of wind speed, for a NREL Phase IV wind turbine rotor. Low speed shaft torque, power, root bending moment, aerodynamic coefficients of 2D airfoil and several flow field figures results included in this study. As a result, the low speed shaft torque predicted by transitional turbulence model is very good agree with the experimental measurement in whole operating conditions but fully turbulent model(k-${\varepsilon}$) over predict the shaft torque after 7m/s. Root bending moment is also good agreement between the prediction and experiments for most of the operating conditions, especially with the transition model.
Kim, Byung-Gu;Lee, Chang-Hoon;Kim, Seog-Cheol;Jang, Dong-Du;Joo, Seok-Jun;Shim, Woo-Sup
Proceedings of the KSME Conference
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2007.05b
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pp.2923-2928
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2007
The study of model for velocity and turbulence within the urban canopy was carried out. To evaluate existing urban model we conducted wind tunnel experiment and large-eddy simulation (LES). Mean velocity profile and turbulence are measured within simple three different obstacle arrays. To obtain supplemental data and to verify morphological model large-eddy simulation was performed. Several methods have been used to achieve embodying the flow field in urban area. Recently, morphological method obtaining flow parameters from the statistical or physical representation of obstacle elements is a arising method. It was found that all morphological model, evaluated in this study, over predict the friction velocity, most sensitive one among the flow parameters. Velocity and turbulence in the urban canopy layer were improved by the correction using 'true' friction velocity.
We discuss diffusion of particles in turbulent flows. In hydrodynamic turbulence, it is well known that distance between two particles imbedded in a turbulent flow exhibits a random walk behavior. The corresponding diffusion coefficient is ${\~}$${\upsilon}_{inj}{\iota}_{turb}$, where ${\upsilon}_{inj}$ is the amplitude of the turbulent velocity and ${\iota}_{turb}$ is the scale of the turbulent motions. It Is not clear whether or not we can use a similar expression for magnetohydrodynamic turbulence. However, numerical simulations show that mixing motions perpendicular to the local magnetic field are, up to high degree, hydrodynamical. This suggests that turbulent heat transport in magnetized turbulent fluid should be similar to that in non-magnetized one, which should have a diffusion coefficient ${\upsilon}_{inj}{\iota}_{turb}$. We review numerical simulations that support this conclusion. The application of this idea to thermal conductivity in clusters of galaxies shows that this mechanism may dominate the diffusion of heat and may be efficient enough to prevent cooling flow formation when turbulence is vigorous.
Kim E.;Park S. H.;Kwon J. H.;Kim S. I.;Park S. O.;Lee K. S.;Hong S. G.
Journal of computational fluids engineering
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v.9
no.2
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pp.30-35
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2004
A numerical study of underexpanded jet and impingement on a wall mounted at various distances from the nozzle exit is presented. The 3-dimensional Wavier-Stokes equations and κ-ω turbulence equations are solved. The grids are constructed as overlapped grid systems to examine the distance effect. The DADI method is applied to obtain steady-state solutions. To avoid numerical instability such as the carbuncle phenomena that sometimes accompany approximate Riemann solver, the HLLE+ scheme is employed for the inviscid flux at the cell interfaces. A goal of this work is to apply a number of two-equation turbulence models based on the w equation to the impinging jet problem.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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