The wind field measurement of severe winds such as hurricanes (or typhoons), thunderstorm downbursts and other gales is important issue in wind engineering community, both for the construction and health monitoring of the wind-sensitive structures. Although several wireless data transmission systems have been available for the wind field measurement, most of them are not specially designed for the wind data measurement in structural wind engineering. Therefore, the field collection is still dominant in the field of structural wind engineering at present, especially for the measurement of the long-term and high-frequency wind speed data. In this study, for remote wind field measurement, a novel wireless long-term and high-frequency wind data acquisition system with the functions such as remote control and data compression is developed. The system structure and the collector are firstly presented. Subsequently, main functions of the collector are introduced. Also novel functions of the system and the comparison with existing systems are presented. Furthermore, the performance of this system is evaluated. In addition to as the wireless transmission for wind data and hardware integration for the collector, the developed system possesses a few novel features, such as the modification of wind data collection parameters by the remote control, the remarkable data compression before the data wireless transmission and monitoring the data collection by the cell phone application. It can be expected that this system would have wide applications in wind, meteorological and other communities.
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.
In spite of progress in the numerical simulation of typhoon wind field in atmospheric boundary layer (ABL), using typhoon wind field model in conjunction with Monte Carlo simulation method can only accurately evaluate typhoon wind field over a general terrain. This method is not enough for a reliable evaluation of typhoon wind field over the actual complex terrain with surface roughness and topography variations. To predict typhoon wind field over the actual complex terrain in ABL, a hybrid numerical simulation method combined typhoon simulation used the typhoon wind field model proposed by Meng et al. (1995) and CFD simulation in which the Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) equations and k-${\varepsilon}$ turbulence model are used. Typhoon wind filed during typhoon Dujuan and Imbudo are simulated using the hybrid numerical simulation method, and compared with the results predicted by the typhoon wind field model and the wind field measurement data collected by Fugro Geotechnical Services (FGS) in Hong Kong at the bridge site from the field monitoring system of wind turbulence parameters (FMS-WTP) to validate the feasibility and accuracy of the hybrid numerical simulation method. The comparison demonstrates that the hybrid numerical simulation method gives more accurate prediction to typhoon wind speed and direction, because the effect of topography is taken into account in the hybrid numerical simulation method.
Jin Sik Choi;Jae Wook Kim;Han Young Joo;Jeong Yeon Lee;Chae Hyun Lee;Joo Hyun Moon
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.10
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pp.3599-3616
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2023
After a nuclear power plant (NPP) accident, it would be helpful to predict the movement of the radioactive plume emitted from the NPP as accurately as possible to protect the nearby population. Radioactive plumes are mainly affected by wind direction and speed. Since it is difficult to identify the wind direction and speed immediately after the accident, a good understanding of the historical wind data could save many lives and ensure smoother evacuation procedures. In this study, wind data for the past 10 years are analyzed for the five NPPs in the Republic of Korea (ROK). The analyzed data include wind direction and wind speed from 2012 to 2021. In particular, the characteristics of the wind field blowing from the NPPs to the nearest densely populated regions are examined. Finally, suggestions to improve evacuation plans are made.
We focused on effects on data assimilation of simulated wind fields by using upper-air observations (wind profiler and sonde data). Local Analysis Prediction System (LAPS), a type of data assimilation system, was used for wind field modeling. Five cases of simulation experiments for sensitivity analysis were performed: which are EXP0) non data assimilation, EXP1) surface data, EXP2) surface data and sonde data, EXP3) surface data and wind profiler data, EXP4) surface data, sonde data and wind profiler data. These were compared with observation data. The result showed that the effects of data assimilation with wind profiler data were found to be greater than sonde data. The delicate wind fields in complex coastal area were simulated well in EXP3. EXP3 and EXP4 using wind profiler data with vertically high resolution represented well sophisticated differences of wind speed compared with EXP1 and EXP2, this is because the effects of wind profiler data assimilation were sensitively adjusted to first guess field than those of sonde observations.
Meissner, Catherine;Gravdahl, Arne Reidar;Steensen, Birthe
Journal of Environmental Science International
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v.18
no.8
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pp.833-839
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2009
The calculation of the wind field for resource assessment is done by using CFD Reynolds-Averaged Navier-Stokes simulations performed with the commercial software WindSim. A new interface has been created to use mesoscale simulation data from a meteorological model as driving data for the simulations. This method makes it necessary to take into account thermal effects on the wind field to exploit the full potential of this method. The procedure for considering thermal effects in CFD wind field simulations as well as the impact of thermal effects on the wind field simulations is presented. Simulations for non-neutral atmospheric conditions with the developed method are consistent with expected behavior and show an improvement of simulation results compared with observations.
This paper presents the field measurement results of wind effects on a super-tall building (CITIC Plaza, 391 m high) located in Guangzhou. The field data such as wind speed, wind direction and acceleration responses were simultaneously and continuously recorded from the tall building by a wind and vibration monitoring system during two typhoons. The typhoon-generated wind characteristics including turbulence intensity, gust factor, peak factor, turbulence integral length scale and power spectral density of fluctuating wind speed were presented and discussed. The dynamic characteristics of the tall building were determined based on the field measurements and compared with those calculated from a 3D finite element model of the building. The measured natural frequencies of the two fundamental sway modes of the building were found to be larger than those calculated. The damping ratios of the building were evaluated by the random decrement technique, which demonstrated amplitude-dependent characteristics. The field measured acceleration responses were compared with wind tunnel test results, which were found to be consistent with the model test data. Finally, the serviceability performance of the super-tall building was assessed based on the field measurement results.
Field measurement of wind characteristics is of great significance for the wind engineering community. High-frequency anemometers such as ultrasonic anemometers are widely used to obtain the high-frequency fluctuating wind speed time history. However, conventional instrumentation systems may suffer from low efficiency, non-real time transmission and higher maintenance cost, and thus are not very appropriate in the field measurement of strong winds in remote areas such as mountain valleys. In order to improve the field measurement performance in those remote areas, a wireless high-frequency anemometer instrumentation system for field measurement has been developed. In this paper, the architecture of the proposed instrumentation system, and measured data transmission and treatment will be presented firstly. Then a comparison among existing instrumentation systems and the proposed one is made. It shows that the newly-developed system has considerable advantages. Furthermore, the application of this system to the bridge site located in the mountain valley is discussed. Finally, typical samples of measured data from this area are presented. It can be expected that the proposed system has a great application potential in the wind field measurement for remote areas such as the mountainous or island or coastal area, and hazardous structures such as ultra-voltage transmission tower, due to its real-time transmission, low cost and no manual collection of data and convenience.
With the assistance of typhoon field data at aerial elevation level observed by meteorological satellites and wind velocity and direction records nearby the ground gathered in Guangzhou Weather Station between 1985 and 2001, some key wind field parameters under typhoon climate in Guangzhou region were calibrated based on Monte-Carlo stochastic algorithm and Meng's typhoon numerical model. By using Peak Over Threshold method (POT) and Generalized Pareto Distribution (GPD), Wind field characteristics during typhoons for various return periods in several typical engineering fields were predicted, showing that some distribution rules in relation to gradient height of atmosphere boundary layer, power-law component of wind profile, gust factor and extreme wind velocity at 1-3s time interval are obviously different from corresponding items in Chinese wind load Codes. In order to evaluate the influence of typhoon field parameters on long-span flexible bridges, 1:100 reduced-scale wind field of type B terrain was reillustrated under typhoon and normal conditions utilizing passive turbulence generators in TJ-3 wind tunnel, and wind-induced performance tests of aero-elastic model of long-span Guangzhou Xinguang arch bridge were carried out as well. Furthermore, aerodynamic admittance function about lattice cross section in mid-span arch lib under the condition of higher turbulence intensity of typhoon field was identified via using high-frequency force-measured balance. Based on identified aerodynamic admittance expressions, Wind-induced stochastic vibration of Xinguang arch bridge under typhoon and normal climates was calculated and compared, considering structural geometrical non-linearity, stochastic wind attack angle effects, etc. Thus, the aerodynamic response characteristics under typhoon and normal conditions can be illustrated and checked, which are of satisfactory response results for different oncoming wind velocities with resemblance to those wind tunnel testing data under the two types of climate modes.
In this study, we focused on the improvements in the simulation of sea surface wind over the complex coastal area. MM5 model being currently used to predict sea surface wind at Korea Meteorological Administration, was used to verify the accuracy to estimate the local wind field. A case study was performed on clear days with weak wind speed(4 m/s), chosen by the analysis of observations. The model simulations were conducted in the southeastern area of Korea during the selected periods, and observational data such as AWS, buoy and QuikSCAT were used to compare with the calculated wind components to investigate if simulated wind field could follow the tendency of the real atmospheric wind field. Results showed that current operational model, MM5, does not estimate accurately sea surface wind and the wind over the coastal area. The calculated wind speed was overestimated along the complex coastal regions but it was underestimated in islands and over the sea. The calculated diurnal changes of wind direction could not follow well the tendency of the observed wind, especially at nighttime. In order to exceed the limitations, data assimilation with high resolution data and more specificated geographical information is expected as a next best policy to estimate accurately the environment of local marine wind field.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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