The streamlined box is a common type of girders for long-span suspension bridges. Spanning deep canyons, long-span bridges are frequently attacked by strong winds with large angles of attack. In this situation, the flow field around the streamlined box changes significantly, leading to reduction of the flutter performance. The wind fairings have different effects on the flutter performance. Therefore, this study examines the flutter performance of box girders with different wind fairings at large angles of attack. Computational fluid dynamics (CFD) simulations were carried out to extract the flutter derivatives, and the critical flutter state of a long-span bridge was determined. Further comparisons of the wind fairings were investigated by a rapid method which is related to the input energy by the aerodynamic force. The results show that a reasonable type of wind fairings could improve the flutter performance of long-span bridges at large angles of attack. For the torsional flutter instability, the wind fairings weaken the adverse effect of the vortex attaching to the girder, and a sharper one could achieve a better result. According to the input energies on the girder with different wind fairings, the symmetrical wind fairings are more beneficial to the flutter performance
Open-cross-section composite beam (OCB) tends to suffer vortex-induced vibration (VIV) due to its bluff aerodynamic shape. A cable-stayed bridge equipped with typical OCB is taken as an example in this paper to conduct sectional model wind tunnel test. Vortex-induced vibration is observed and maximum vibration amplitudes are obtained. CFD approach is employed to calculate the flow field around original cross sections in service stage and construction stage, as well as sections added with three different countermeasures: splitters, slabs and wind fairings. Results show that flow separate on the upstream edge and cause vortex shedding on original section. Splitters can only smooth the flow field on the upper surface, while slabs cannot smooth flow field on the upper or lower surface too much. Thus, splitters or slabs cannot serve as valid aerodynamic means. Wind tunnel test results show that VIV can only be mitigated when wind fairings are mounted, by which the flow field above and below the bridge deck are accelerated simultaneously.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제2권1호
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pp.103-109
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2001
Productivity enhancement program of wind tunnel testing has begun at Korea Aerospace Research Institute Low Speed Wind Tunnel (KARI LSWT). A previous test record of a canard airplane model was adopted to examine the current status of wind tunnel testing efficiency. The time consumed to perform testing activities from the model preparation to data collection was broken down and the results were compared with those of the recent Boeing low speed test result. The efforts to improve the wind tunnel productivity consisted of the installation of mini crane underneath of test section, fabricating lift device for image fairings, model configuration changing rigs and the modifications of external balance system. Time reductions for changing strut interface platform and installation of image fairings. These effects showed more than 70% improvement over the previous test time. Integration of the new and modified systems will improve productivity of wind tunnel testing in KARI LSWT.
This paper investigated the wind-snow flow around the bogie region of a high-speed train under crosswinds using a coupled numerical method of the unsteady Realizable $k-{\varepsilon}$ turbulence model and discrete phase model (DPM). The flow features around the bogie region were discussed and the influence of bogie fairing height on the snow accumulation on the bogie was also analyzed. Here the high-speed train was running at a speed of 200 km/h in a natural environment with the crosswind speed of 15 m/s. The mesh resolution and methodology for CFD analysis were validated against wind tunnel experiments. The results show that large negative pressure occurs locally on the bottom of wheels, electric motors, gear covers, while the positive pressure occurs locally on those windward surfaces. The airflow travels through the complex bogie and flows towards the rear bogie plate, causing a backflow in the upper space of the bogie region. The snow particles mainly accumulate on the wheels, electric motors, windward sides of gear covers, side fairings and back plate of the bogie. Longer side fairings increase the snow accumulation on the bogie, especially on the back plate, side fairings and brake clamps. However, the fairing height shows little impact on snow accumulation on the upper region of the bogie. Compared to short side fairings, a full length side fairing model contributes to more than two times of snow accumulation on the brake clamps, and more than 20% on the whole bogie.
In this paper, the fairing effects on the aerodynamics stability of basic plate-girder sections are investigated trough wind tunnel tests. As basis sections, two types of $\pi$-type shape sections with aspect ratios(D/B) of 1/5 and 1/10 are employed as the basic sections. And three types of triangular fairings are applied such as right-angled triangle(F1), inverted right-angled triangle(F2) and regular triangle(F3). The effects of attack angle on the dynamic response of each section are also investigated. As the results of experiments, fairings F2 is most effective to suppress flutter phenomenon or vortex induced vibration among three types of fairings.
In this study, a turbulence simulation is carried out in a suction type wind tunnel using grids, where turbulent flows with various turbulence intensity are successfully produced by the change of grid size, arrangement of grids and settling position, respectively. Response tests of rectangular cylinder models with aspect ratio of 2 and 4 are carried out in smooth flow and generated turbulent flows. Additionally, two types of fairing are considered such as right triangle and regular triangle. The effects of wind velocity fluctuations and fairing are discussed on vortex-induced oscillation.
Aerodynamic flutter control for long-span cable-supported bridges was investigated based on three basic girder sections, i.e. streamlined box girder section, box girder section with cantilevered slabs and two-isolated-girder section. Totally four kinds of aerodynamic flutter control measures (adding fairings, central-slotting, adding central stabilizers and adjusting the position of inspection rail) were included in this research. Their flutter control effects on different basic girder sections were evaluated by sectional model or aeroelastic model wind tunnel tests. It is found that all basic girder sections can get aerodynamically more stabled with appropriate aerodynamic flutter control measures, while the control effects are influenced by the details of control measures and girder section configurations. The control effects of the combinations of these four kinds of aerodynamic flutter control measures, such as central-slotting plus central-stabilizer, were also investigated through sectional model wind tunnel tests, summarized and compared to the flutter control effect of single measure respectively.
The flow around a high-speed train with three underbody structures in the bogie area is numerically investigated using the improved delayed detached eddy simulation method. The vortex structure, pressure distribution, flow field structure, and unsteady velocity of the wake are analyzed by vortex identification criteria Q, frequency spectral analysis, empirical mode decomposition (EMD), and Hilbert spectral analysis. The results show that the structures of the bogie and its installation cabin reduce the momentum of fluid near the tail car, thus it is easy to induce flow separation and make the fluid no longer adhere to the side surface of the train, then forming vortices. Under the action of the vortices on the side of the tail car, the wake vortices have a trend of spanwise motion. But the deflector structure can prevent the separation on the side of the tail car. Besides, the bogie fairings do not affect the formation process and mechanism of the wake vortices, but the fairings prevent the low-speed fluid in the bogie installation cabin from flowing to the side of the train and reduce the number of the vortices in the wake region.
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.
29.7% 축소 NASA Common Research Model을 벨리 스팅 모형지지부에 장착하여 저속에서 풍동시험을 수행하였다. 다양한 형상의 페어링을 장착한 벨리 스팅 모형지지부에 대하여 공력계수를 측정하는 시험을 수행하였으며 그 결과를 고찰하였다. 벨리 스팅 모형지지부에 장착된 CRM 형상을 이용하여 힘과 모멘트를 측정하였다. 벨리 스팅 페어링 형상 변화에 따른 피칭모멘트로부터 벨리 스팅 간섭 효과를 감소시키는 형상을 찾았다. 전산해석을 통해 벨리 스팅 모형지지부의 간섭과 시험부 페어링의 간섭 감소효과를 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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