The 486m-long roof of Shenzhen Citizens Centre is one of the world's longest spatial lattice roof structures. A comprehensive numerical study of wind effects on the long-span structure is presented in this paper. The discretizing and synthesizing of random flow generation technique (DSRFG) recently proposed by two of the authors (Huang and Li 2008) was adopted to produce a spatially correlated turbulent inflow field for the simulation study. The distributions and characteristics of wind loads on the roof were numerically evaluated by Computational Fluid Dynamics (CFD) methods, in which Large Eddy Simulation (LES) and Reynolds Averaged Navier-Stokes Equations (RANS) Model were employed. The main objective of this study is to explore a useful approach for estimations of wind effects on complex curved roof by CFD techniques. In parallel with the numerical investigation, simultaneous pressure measurements on the entire roof were made in a boundary layer wind tunnel to determine mean, fluctuating and peak pressure coefficient distributions, and spectra, spatial correlation coefficients and probability characteristics of pressure fluctuations. Numerical results were then compared with these experimentally determined data for validating the numerical methods. The comparative study demonstrated that the LES integrated with the DSRFG technique could provide satisfactory prediction of wind effects on the long-span roof with complex shape, especially on separation zones along leading eaves where the worst negative wind-induced pressures commonly occur. The recommended LES and inflow turbulence generation technique as well as associated numerical treatments are useful for structural engineers to assess wind effects on a long-span roof at its design stage.
A mesoscale meteorological model is applied to simulate turbulent airflow and eddy shedding over the Isle of Arran, SW Scotland, UK. Under conditions of NW flow, the mountain ridge of Kintyre, located upwind of Arran, induces gravity waves that also affect the airflow over the island. The possibility to nest domains allows description of the airflow over Arran with a very high resolution grid, while also including the effects of the surrounding mainland of Scotland, in particular of the mountain ridge of Kintyre. Initialised with a stably stratified NW flow, the mesoscale model simulates quasi-stationary gravity waves over the island induced by Kintyre. Embedded in the larger scale wave trains there is continuous development of small-scale transient eddies, created at the Arran hill tops, that move downstream through the stationary wave field. Although the transient eddies are more frequently simulated on the northern island where the terrain is more pronounced, they are also produced over Tighvein, a hill of 458 m on the southern island where measurements of surface pressure and 2 m meteorological variables have been recorded at intermittent intervals between 1996 and 2000. Comparison between early observations and simulations so far show qualitatively good agreement. Overall the computations demonstrate that turbulent flow can be modelled with a horizontal resolution of 70 m, and describe turbulent eddy structure on wavelength of only a few hundred metres.
The steady-state, incompressible and three-dimensional numerical analysis was carried out to investigate the internal flow fields characteristics according to wind tunnel contraction type. The turbulence model used in this study is a realizable $k-{\varepsilon}$ modified from the standard $k-{\varepsilon}$ model. As a results, the distribution of the axial mean velocity components along the central axis of the flow model is very similar to the ASME and BE types, and the cubic and cosine types. When the flow passes through the interior space of the analytical models, the flow resistance at the inlet of the plenum chamber is the largest at BS type contraction, but the smallest at cubic type contraction. The boundary layer thickness is the smallest in the cosine type contraction as the axial distance increases. The maximum turbulent kinetic energy in the test section is the smallest in the order of the contraction of cubic type and cosine type. Comprehensively, cubic type contraction is the best choice for wind tunnel performance, and cosine type contraction can be the next best solution.
The overarching objective of this study is to predict the convective heat transfer around a human body under forced strong airflow conditions assuming a strong wind blowing through high-rise buildings or an air shower system in an enclosed space. In this study, computational fluid dynamics (CFD) analyses of the flow field and temperature distributions around a human body were carried out to estimate the convective heat transfer coefficient for a whole human body assuming adult male geometry under forced convective airflow conditions between 15 m/s and 25 m/s. A total of 45 CFD analyses were analyzed with boundary conditions that included differences in the air velocity, wind direction and turbulence intensity. In the case of approach air velocity $U_{in}=25m/s$ and turbulent intensity TI = 10%, average convective heat transfer coefficient was estimated at approximately $100W/m^2/K$ for the whole body, and strong dependence on air velocity and turbulence intensity was confirmed. Finally, the formula for the mean convective heat transfer coefficient as a function of approaching average velocity and turbulence intensity was approximated by using the concept of equivalent steady wind speed ($U_{eq}$).
Wind flow perturbations, recirculations and turbulence generated by buildings often dominate air pollutant distributions around buildings. This paper describes dispersion of contaminants in the vicinity of a building by solving the concentration equation based on previously simulated wind flow field. Turbulence closure is achieved by using the standard k-ε two-equation model. The paper shows application of the CIP method for solving a species concentration equation of contaminant gas around a rectangular building for two different sources under conditions of neutral atmospheric stratification. Results have been compared to the experimental data and the previous numerical results by hybrid scheme. The computational results of concentration profiles by the CIP method agree well with experimental data.
Wind flow perturbations, recirculations and turbulence generated by buildings often dominate air pollutant distributions around buildings. This paper describes dispersion of contaminants in the vicinity of a building by solving the concentration equation based on previously simulated wind flow field. Turbulence closure is achieved by using the standard k-e two-equation model. The paper shows application of the CIP method for solving a species concentration equation of contaminant gas around a rectangular building for two different sources under conditions of neutral atmospheric stratification. Results have been compared to the experimental data and the previous numerical results by hybrid scheme. The computational results of concentration profiles by the CIP method agree well with experimental data.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.5
no.1
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pp.9-18
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1999
To predict the oil spill dispersion phenomena in the ocean, the oil spill response model, which can be used for strategic purpose on the oil spill site, based on Lagrangian particle-tracking method was formulated and applied to the neighboring area with Pusan port where the oil spill incident occurred when the tanker ship No.1 Youil struck on a small rock near the Namhyungjeto on September 21, 1995. The real-time tidal currents to be required as input data of the oil spill model were obtained by the two-dimensional hydrodynamic model and the tide prediction model. Evaluation of tidal currents using observation data was successful. For wind data, other input data of oil spill model, observed data on the spot were used. To verify the oil spill model, the oil spill modelling results were compared with the field data obtained from the spill site. Compared the modelling results with the observation data, there exist some discrepancies but the general pattern of modelling results was similar to that of field observation. The modelling results on 7 days after spill occurred showed that the 40% of spilled oil is in floating, 36% in evaporated, 23% at shore, and 1% in out of boundary, respectively. According to the evaluation of weighting curves of effective components to the dispersion of oil, the winds make a 37% of contribution to the dispersion of oil, turbulent diffusion 39.5%, and tidal currents 23.5%, respectively. Provided the more accurate wind data are supported, more favorable results might be obtained.
Boiko, Andrey V.;Kulik, Victor M.;Chun, Ho-Hwan;Lee, In-Won
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.3
no.4
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pp.242-253
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2011
Skin frictional drag reduction efficiency of "stiff" compliant coating was investigated in a wind tunnel experiment. Flat plate compliant coating inserts were installed in a wind tunnel and the measurements of skin frictional drag and velocity field were carried out. The compliant coatings with varying viscoelastic properties had been prepared using different composition. In order to optimize the coating thickness, the most important design parameter, the dynamic viscoelastic properties had been determined experimentally. The aging of the materials (variation of their properties) during half a year was documented as well. A design procedure proposed by Kulik et al. (2008) was applied to get an optimal value for the coating thickness. Along with the drag measurement using the strain balance, velocity and pressure were measured for different coatings. The compliant coatings with the thickness h = 7mm achieved 4~5% drag reduction within a velocity range 30~40 m/s. The drag reduction mechanism of the attenuation of turbulence velocity fluctuations due to the compliant coating was demonstrated. It is envisioned that larger drag reduction effect is obtainable at higher flow velocities for high speed trains and subsonic aircrafts.
Kim, Byong-June;Choi, Soon-Ho;Kim, Hyoung-Tae;Van, Suak-Ho
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.42
no.5
s.143
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pp.448-457
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2005
The experiment was performed at the large wind tunnel of the Chungnam National University to measure the velocity distribution around the stern of a Liquefied Natural Gas Carrier model. The data, mean velocity vectors of turbulent shear flows at the stern and near-wake including the propeller plane, were obtained by a five-hole Pilot tube for the double body model fixed inside the wind tunnel test section. The present result of the double body model shows a close agreement with the result of the lowing tank experiment performed by the KRISO for the same ship model. The characteristics of the LNG stern flow are discussed based on the measured velocity distribution. The data can be very useful for the validation of some numerical methods in computational fluid dynamics.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.5
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pp.700-712
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1997
The flowfield generated by a 2-D rotating cylinder on a plane moving at freestream velocity was experimentally investigated in a wind tunnel to simulate aerodynamic characteristics of rotating wheels of an automobile. In the flowfield around a rotating cylinder at 3*10$^{3}$ < Re$_{d}$<8*10$^{3}$, unique mean flow and turbulence characteristics were confirmed by hot-wire measurements as well as frequency analysis, which was supported by flow visualization. In the vicinity of a rotating cylinder, a unique turbulence structure on .root.over bar u'$^{2}$ profiles was formed in hump-like shape at 1 < y/d < 3. A peak frequency which characterized the effect of a rotating cylinder had the same value of the rotation rate of a cylinder. In case of cylinder rotation, the depths of mean velocity -defect and turbulent-shear regions were thickened by 20-40% at 0 < x/d < 10 compared with the case of cylinder stationary. Far downstream beyond x/d > 10, the flowfield generated by a rotating cylinder showed self-similarity in the profiles of mean velocity and turbulence quantities. The effect of a rotating cylinder was independent of its rotation rate and Reynolds number in the measurement range.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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