Most airfoils for wind turbines commercially available have been developed for aircrafts, which are operated at high Reynolds numbers. However, Reynolds numbers of wind turbines are very low compared to those of aircrafts. In other to improve wind turbine performances, airfoils for the use of wind turbine shall be designed such as S-series airfoils developed by NREL in America. The authors have designed new airfoils for wind turbines considering designated operation conditions of wind turbines and even local wind resources in Korea. The designed airfoils are characterized by improved roughness insensitivities compared to other airfoils such as S814 and S820. The developed KWA005-240 and KWA009-127 are for root and tip sections of a wind turbine blade, respectively. Although the results show much improved performances against NACA airfoils, performance data of post-stall regulation loses some accuracies due to the characteristics of the simulation tool of XFOIL. Therefore, wind tunnel experiments are required for more accurate evaluation of the designed airfoils. Currently, the experiments has been completed and the data analysis works are going on now. The final results obtained from the experiments will be published soon.
The majority of weather-related failures of transmission line structures that have occurred in the past have been attributed to high intensity localized wind events, in the form of tornadoes and downbursts. A numerical scheme is developed in the current study to assess the performance of transmission lines under tornado wind load events. The tornado wind field is based on a model scale Computational Fluid Dynamic (CFD) analysis that was conducted and validated in a previous study. Using field measurements and code specifications, the CFD model data is used to estimate the wind fields for F4 and F2 full scale tornadoes. The wind forces associated with these tornado fields are evaluated and later incorporated into a nonlinear finite element three-dimensional model for the transmission line system, which includes a simulation for the towers and the conductors. A comparison is carried between the forces in the members resulting from the tornadoes, and those obtained using the conventional design wind loads. The study reveals the importance of considering tornadoes when designing transmission line structures.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.52
no.3
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pp.255-264
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2015
Wind load and flow field of a drillship with respect to various super structures were experimentally investigated in KARI 1m-wide wind tunnel with an atmospheric boundary layer simulation. Six-component external balance and Particle image velocimetry technique were used to measure wind load and velocity vectors in the flow-field around the model respectively. The experimental model was an imaginary shaped drillship with an approximated model which has 1/640 scale compared with recent typical drillships. The test Reynolds number based on the overall length was about 1.5×106. It was found that dominant factors influencing on ship wind load are cabin shape and cabin height. Round cabin has smaller axial wind load and narrow boundary layer around the ship than rectangular one, but its yawing moment at certain angles becomes higher. Low cabin height also show positive effects on axial wind load too. Hull shape and forecastle shape show relatively small influences on wind loads except for slight changes around ±45° wind directions.
Odor dispersion around a cubic building from rooftop odor emissions was investigated using computational fluid dynamics (CFD). The Shear Stress Transport (here after SST) $k-{\omega}$ model in FLUENT CFD code was used to simulate the flow and odor dispersion around a cubic building. The CFD simulations were performed for three different configurations of cubic buildings comprised of one building, two buildings or three buildings. Five test emission rates were assumed as 1000 OU/s, 2000 OU/s, 3000 OU/s, 4000 OU/s and 5000 OU/s, respectively. Experimental data from wind tunnels obtained by previous studies are used to validate the numerical result of an isolated cubic building. The simulated flow and concentration results of neutral stability condition were compared with the wind tunnel experiments. The profile of streamline velocity and concentration simulation results show a reasonable level of agreement with wind tunnel data. In case of a two-building configuration, the result of emission rate 1000 OU/s illustrates the same plume behavior as a one-building configuration. However, the plume tends to the cover rooftop surface and windward facet of a downstream building as the emission rate increases. In case of a three-building configuration, low emission rates (<4000 OU/s) form a similar plume zone to that of a two-building configuration. However, the addition of a third building, with an emission rate of 5000 OU/s, creates a much greater odorous plume zone on the surface of second building in comparison with a two-building configuration.
Full scale measurement on the structural dynamic characteristics and Vortex-induced Vibrations (VIV) of a long-span suspension bridge with a central span of 1650 m were conducted. Different Finite Element (FE) modeling principles for the separated twin-box girder were compared and evaluated with the field vibration test results, and the double-spine model was determined to be the best simulation model, but certain modification still needs to be made which will affect the basic modeling parameters and the dynamic response prediction values of corresponding wind tunnel tests. Based on the FE modal analysis results, small-scaled and large-scaled sectional model tests were both carried out to investigate the VIV responses, and probable Reynolds Number effects or scale effect on VIV responses were presented. Based on the observed VIV modes in the field measurement, the VIV results obtained from sectional model tests were converted into those of the three-dimensional (3D) full-scale bridge and subsequently compared with field measurement results. It is indicated that the large-scaled sectional model test can probably provide a reasonable and effective prediction on VIV response.
Johannes Strecha;Stanislav Pospisil;Herbert Steinruck
Wind and Structures
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v.39
no.1
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pp.31-45
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2024
This paper examines the flow characteristics around an inclined prism with a U-shaped cross-section ("U-profile") and investigates the connection between the flow and flow-induced vibrations. The study employs a combined approach that involves wind tunnel experiments and computational fluid dynamics (CFD) using an unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) turbulence model. Distinct vortex formation patterns are observed in the flow field surrounding the stationary inclined profile. When the cavity of the profile faces away from the incoming flow, large vortices develop behind the profile. Conversely, when the cavity is oriented towards the oncoming flow, these vortices form within the cavity. Notably, due to the slow movement of these large vortices through the cavity, the frequency at which vortices are shed in the negative inclination case is lower compared to the positive inclination, where they form in the wake. Wind tunnel experiments reveal an intermittent transition between the two vortex formation patterns at zero inclination. Large vortices sporadically emerge both in the cavity and behind the profile. The simulation results demonstrate that when these large vortices occur at a frequency close to the structure's natural frequency, they induce prominent pitch vibrations. This phenomenon is also sought after and presented in coupled vibration experiments. Additionally, the simulations indicate that when the natural frequency of the structure is considerably lower than the vortex shedding frequency, this type of vibration can be observed.
In the desert and Gobi regions with strong wind and large sediment discharge, sand transporting engineering is more effective than sand blocking and sand fixing measures in sand prevention. This study uses the discrete phase model of 3D numerical simulation to study the motion trail, motion state and distribution rule of sand particles with different grain diameters when the included angle between the main shaft of the feather-row lateral transportation sand barrier and the wind direction changes, and conducts a comparison in combination with the wind tunnel test and the flow field rule of common sand barrier. According to the comparison, when wind-sand incoming flow passes through a feather-row sand barrier, sand particles slow down and deposit within the deceleration area under the resistance of the feather-row sand barrier, move along the transportation area formed by the transportation force, and accumulate as a ridge at the tail of the engineering. With increasing wind speed, the eolian erosion of the sand particles to the ground and the feather-row sand barrier is enhanced, and the sand transporting quantity and throw-over quantity of the feather-row sand barrier are both increased. When sand particles with different grain diameters bypass the feather-row sand barrier, the particle size of the infiltrating sands will increase with the included angle between the main shaft of the feather-row sand barrier and the wind direction. The obtained result demonstrates that, at a constant wind speed, the flow field formed is most suitable for the lateral transportation of the wind-drift flow when the included angle between the main shaft of the feather-row sand barrier lateral transportation engineering and the wind speed is less than or equal to $30^{\circ}$.
The funnel-shaped vortex structure of tornadoes results in a spatiotemporally varying wind velocity (speed and direction) field. However, very limited full-scale tornado data along the height and radius positions are available to identify and reliably establish a description of complex vortex structure together with the resulting aerodynamic effects on the high-speed train (HST). In this study, the improved delayed detached eddy simulation (IDDES) for flow structures and aerodynamic pressures around an HST under tornado-like winds are conducted to provide high-fidelity computational fluid dynamics (CFD) results. To demonstrate the accuracy of the numerical method adopted in this study, both field observations and wind-tunnel data are utilized to respectively validate the simulated tornado flow fields and HST aerodynamics. Then, the flow structures and aerodynamic pressures (as well as aerodynamic forces and moments) around the HST at various locations within the tornado-like vortex are comprehensively compared to highlight the importance of considering the complex spatiotemporal wind features in the HST-tornado interactions.
In this paper, wind induced aerodynamic loads on a standard tall building have been evaluated through large-eddy simulation (LES) technique. The flow parameters of an open terrain were recorded from the downstream of an empty boundary layer wind tunnel (BLWT) and used to prescribe the transient inlet boundary of the LES simulations. Three different numerically generated inflow boundary conditions have been investigated to assess their suitability for LES. A high frequency pressure integration (HFPI) approach has been employed to obtain the wind load. A total of 280 pressure monitoring points have been systematically distributed on the surfaces of the LES model building. Similar BLWT experiments were also done to validate the numerical results. In addition, the effects of adjacent buildings were studied. Among the three wind field generation methods (synthetic, Simirnov's, and Lund's recycling method), LES with perturbation from the synthetic random flow approach showed better agreement with the BLWT data. In general, LES predicted peak wind loads comparable with the BLWT data, with a maximum difference of 15% and an average difference of 5%, for an isolated building case and however higher estimation errors were observed for cases where adjacent buildings were placed in the vicinity of the study building.
A nonlinear numerical method was developed to assess the stability of suspension bridge catwalks under a wind load. A section model wind tunnel test was used to obtain a catwalk's aerostatic coefficients, from which the displacement-dependent wind loads were subsequently derived. The stability of a suspension bridge catwalk was analyzed on the basis of the geometric nonlinear behavior of the structure. In addition, a full model test was conducted on the catwalk, which spanned 960 m. A comparison of the displacement values between the test and the numerical simulation shows that a numerical method based on a section model test can be used to effectively and accurately evaluate the stability of a catwalk. A case study features the stability of the catwalk of the Runyang Yangtze suspension bridge, the main span of which is 1490 m. Wind can generally attack the structure from any direction. Whenever the wind comes at a yaw angle, there are six wind load components that act on the catwalk. If the yaw angle is equal to zero, the wind is normal to the catwalk (called normal wind) and the six load components are reduced to three components. Three aerostatic coefficients of the catwalk can be obtained through a section model test with traditional test equipment. However, six aerostatic coefficients of the catwalk must be acquired with the aid of special section model test equipment. A nonlinear numerical method was used study the stability of a catwalk under a yaw wind, while taking into account the six components of the displacement-dependent wind load and the geometric nonlinearity of the catwalk. The results show that when wind attacks with a slight yaw angle, the critical velocity that induces static instability of the catwalk may be lower than the critical velocity of normal wind. However, as the yaw angle of the wind becomes larger, the critical velocity increases. In the atmospheric boundary layer, the wind is turbulent and the velocity history is a random time history. The effects of turbulent wind on the stability of a catwalk are also assessed. The wind velocity fields are regarded as stationary Gaussian stochastic processes, which can be simulated by a spectral representation method. A nonlinear finite-element model set forepart and the Newmark integration method was used to calculate the wind-induced buffeting responses. The results confirm that the turbulent character of wind has little influence on the stability of the catwalk.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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