The tapered and set-back type of unconventional designs have been used earlier in many buildings. These shapes are aerodynamically efficient and offer a significant amount of damping against wind-induced forces and excitations. Various studies have been conducted on these shapes earlier. The present study adopts a hybrid approach of turbulence modelling i.e., Detached-eddy Simulation (DES) to investigate the effect of height modified tapered and set-back buildings on aerodynamic forces and their sensitivity towards pressure. The modifications in the flow field around the building models are also investigated and discussed. Three tapering ratios (T.R.=(Bottom width- Top width)/Height) i.e., 5%, 10%, 15% are considered for tapered and set-back buildings. The results show that, mean and RMS along-wind and across-wind forces are reduced significantly for the aerodynamically modified buildings. The extent of reduction in the forces increases as the taper ratio is increased, however, the set-back modifications are more worthwhile than tapered showing greater reduction in the forces. The pressure distribution on the surfaces of the buildings are analyzed and in the last section, the influence of the flow field on the forces is discussed.
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-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.
Investigations on simulated near-surface atmospheric boundary layer (ABL) in an open-jet facility are carried out by conducting experimental tests on small-scale models of low-rise buildings. The objectives of the current study are: (1) to determine the optimal location of test buildings from the exit of the open-jet facility, and (2) to investigate the scale effect on the aerodynamic pressure characteristics. Based on the results, the newly built open-jet facility is well capable of producing mean wind speed and turbulence profiles representing open-terrain conditions. The results show that the proximity of the test model to the open-jet governs the length of the separation bubble as well as the peak roof pressures. However, test models placed at a horizontal distance of 2.5H (H is height of the wind field) from the exit of the open-jet, with a width that is half the width of the wind field and a length of 1H, have consistent mean and peak pressure coefficients when compared with available results from wind tunnel testing. In addition, testing models with as large as 16% blockage ratio is feasible within the open-jet facility. This reveals the importance of open-jet facilities as a robust tool to alleviate the scale restrictions involved in physical investigations of flow pattern around civil engineering structures. The results and findings of this study are useful for putting forward recommendations and guidelines for testing protocols at open-jet facilities, eventually helping the progress of enhanced standard provisions on the design of low-rise buildings for wind.
Wind tunnel model studies were carried out to determine the wind load distribution on tributary areas near the gable-end of large, low-rise buildings with high pitch planar and curved roof shapes. Background pressure fluctuations on each tributary area are described by a series of uncorrelated modes given by the eigenvectors of the force covariance matrix. Analysis of eigenvalues shows that the dominant first mode contributes around 40% to the fluctuating pressures, and the eigenvector mode-shape generally follows the mean pressure distribution. The first mode contributes significantly to the fluctuating load effect, when its influence line is similar to the mode-shape. For such cases, the effective static pressure distribution closely follows the mean pressure distribution on the tributary area, and the quasi-static method would provide a good estimate of peak load effects.
본 연구에서는 GIS 자료와 CFD 모델을 이용하여, 도시 재개발 및 건물 신축이 부경대학교 주변의 상세 흐름 변화에 미치는 영향을 조사하였다. 건설 전 후에 대한 부경대학교 내부와 주변 지역의 상세 흐름을 분석하기 위해, 건설 전 후의 16방위 유입류에 대하여 수치 모의 실험을 수행하였다. 장애물에 의한 마찰이 반영되지 않은 관측 풍속을 유입 경계 조건으로 사용하기 위해, 광안 등표기상관측장비에서 관측한 풍속 자료를 사용하였다. 건물 신축에 의한 부경대학교 내부의 대기 흐름 변화를 분석하기 위해, 건물 신축 이후에 16방위 유입류에 따라 풍속이 변화한 영역을 분석하였다. 동남동풍과 남풍이 부는 경우에 풍속 변화 영역이 넓게 나타났는데, 이는 수치 영역의 동쪽에 건설된 고층 건물과 부경대학교 남쪽에 건설된 아파트 단지와 공학관에 의한 영향이 크게 나타났기 때문이다. 대연 AWS(AWS 942)에서 최대 관측 빈도로 나타난 동풍이 부는 경우, 건설 후에 풍속이 변화한 영역은 비교적 좁게 나타났다. 수치 모의 결과를 통해 도시 재개발 및 건물 신축이 건설 지역의 풍하측 방향으로 멀리 떨어진 지역에도 영향을 미치는 것을 확인하였다. 또한, GIS 자료와 CFD 모델이 도시 재개발 및 건물 신축 계획 단계에서 건물 신축 이후의 상세 흐름을 분석하는데 유용함을 확인하였다.
Natural ventilation is an effective method for improving IAQ(Indoor Air Quality) and removing heats in buildings. In oder to use natural ventilation, many factors such as wind pressure around the buildings and possibility of air intake on different shapes need to be known. On this paper, the natural ventilation performance in multi-housing units of tower-type buildings was investigated. Tower-type multi-housing buildings are recently more and more constructed for they may change urban landscape and get more openness in multi-housing site. However, such housing buildings have problems with natural ventilation because of the various directions of the building units. The purpose of this paper is to find the proper building direction regarding to wind direction in order to optimize air intake in every units in the building.
Many tall buildings possess through-building gaps at middle levels of the building elevation. Some of these floors are used as sky gardens, or refuge floors, through which wind can flow with limited blockage. It has been reported in the literature that through-building gaps can be effective in reducing across-wind excitation of tall buildings. This paper systematically examines the effectiveness of two configurations of a through-building gap, at the mid-height of a tall building, in reducing the wind-induced dynamic responses of the building. The two configurations differ in the pattern of through-building opening on the gap floor, one with opening through the central portion of the floor and the other with opening on the perimeter of the floor around a central core. Wind forces and moments on the building models were measured with a high-frequency force balance from which dynamic building responses were computed. The results show that both configurations of a through-building gap are effective in reducing the across-wind excitation with the one with opening around the perimeter of the floor being significantly more effective. Wind pressures were measured on the building faces with electronic pressure scanners to help understand the generation of wind excitation loading. The data suggest that the through-building gap reduces the fluctuating across-wind forces through a disturbance of the coherence and phase-alignment of vortex excitation.
A tornado changes its wind speed and direction rapidly; therefore, it is difficult to study the effects of a tornado on buildings in a wind tunnel. In this work, the status of the tornado-structure interaction is surveyed by numerical simulation. Various models of the tornado wind field found in literature are surveyed. Three-dimensional computer modeling work using the turbulence model based on large eddy simulation is presented. The effect of tornado on a cubic building is considered for this study. The Navier-Stokes (NS) equations are approximated by finite difference method, and solved by a semi-implicit procedure. The force coefficients are plotted in time to study the effect of the Rankine-Combined Vortex Model. Some flow visualizations are also reported to understand the flow behavior around the cube.
K B Rajasekarababu;G Vinayagamurthy;Ajay Kumar T M;Selvirajan S
국제초고층학회논문집
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제11권4호
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pp.287-300
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2022
Unconventional structures are getting more popular in recent days. Large-span roofs are used for many structures, such as airports, stadiums, and conventional halls. Identifying the pressure distribution and wind load acting on those structures is essential. This paper offers a collaborative study of computational fluid dynamics (CFD) simulations and wind tunnel tests for assessing wind pressure distribution for a building with a combined slender curved roof. The hybrid turbulence model, Improved Delayed Detached Eddy Simulation (IDDES), simulates the open terrain turbulent flow field. The wind-induced local pressure coefficients on complex roof structures and the turbulent flow field around the structure were thus calculated based upon open terrain wind flow simulated with the FLUENT software. Local pressure measurements were investigated in a boundary layer wind tunnel simultaneous to the simulation to determine the pressure coefficient distributions. The results predicted by CFD were found to be consistent with the wind tunnel test results. The comparative study validated that the recommended IDDES model and the vortex method associated with CFD simulation are suitable tools for structural engineers to evaluate wind effects on long-span complex roofs and plan irregular buildings during the design stage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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