The blockage effect on the aerodynamic characteristics of tall buildings is a fundamental issue in wind tunnel test but has rarely been addressed. To evaluate the blockage effects on the aerodynamic forces on a square tall building and flow field peripherally, large eddy simulations (LES) were performed on a 3D square cylinder with an aspect ratio of 6:1 under the uniform smooth inflow and turbulent atmospheric boundary layer (ABL) inflow generated by the narrowband synthesis random flow generator (NSRFG). First, a basic case at a blockage ratio (BR) of 0.8% was conducted to validate the adopted numerical methodology. Subsequently, simulations were systematically performed at 6 different BRs. The simulation results were compared in detail to illustrate the differences induced by the blockage, and the mechanism of the blockage effects under turbulent inflow was emphatically analysed. The results reveal that the pressure coefficients, the aerodynamic forces, and the Strouhal number increase monotonically with BRs. Additionally, the increase of BR leads to more coherence of the turbulent structures and the higher intensity of the vortices in the vicinity of the building. Moreover, the blockage effects on the aerodynamic forces and flow field are more significant under smooth inflow than those under turbulent inflow.
Wind tunnels tests have been evaluating wind load estimation by discussing the most important design elements in very tall buildings. Such tests have some uncertainties, however, with respect to the data of the reduced model and the calculated empirical values. In contrast, CFD analysis can simulate the actual scale and shorten the time of simulation. Nevertheless, the utilization of CFD analysis is negligible because of its low reliability. In this paper, the reliability of CFD analysis will be proven by comparing the results of a wind tunnel test and CFD analysis for the prototype models shown in previous studies. The effect of the turbulence intensity on the reliability is also presented.
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.
In order to examine the effects of different wind deflectors on the wind load distribution characteristics of extra-large cooling towers, a comparative study of the distribution characteristics of wind pressures on the surface of three large cooling towers with typical wind deflectors and one tower without wind deflector was conducted using wind tunnel tests. These characteristics include aerodynamic parameters such as mean wind pressures, fluctuating wind pressures, peak factors, correlation coefficients, extreme wind pressures, drag coefficients and vorticity distribution. Then distribution regularities of different wind deflectors on global and local wind pressure of extra-large cooling towers was extracted, and finally the fitting formula of extreme wind pressure of the cooling towers with different wind deflectors was provided. The results showed that the large eddy simulation (LES) method used in this article could be used to accurately simulate wind loads of such extra-large cooling towers. The three typical wind deflectors could effectively reduce the average wind pressure of the negative pressure extreme regions in the central part of the tower, and were also effective in reducing the root of the variance of the fluctuating wind pressure in the upper-middle part of the windward side of the tower, with the curved air deflector showing particularly. All the different wind deflectors effectively reduced the wind pressure extremes of the middle and lower regions of the windward side of the tower and of the negative pressure extremes region, with the best effect occurring in the curved wind deflector. After the wind deflectors were installed the drag coefficient values of each layer of the middle and lower parts of the tower were significantly higher than that without wind deflector, but the effect on the drag coefficients of layers above the throat was weak. The peak factors for the windward side, the side and leeward side of the extra-large cooling towers with different wind deflectors were set as 3.29, 3.41 and 3.50, respectively.
Park, S.J.;Lee, J.;Jung, H.J.;Jang, D.D.;Kim, S.D.
Wind and Structures
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v.12
no.4
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pp.313-332
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2009
This paper numerically and experimentally investigates the control performance of the active mass damper (AMD) systems in a 26-story high-rise building in use. This is the first full-scale application of the AMD system for suppressing the wind-induced vibration of a building structure in Korea. In addition, the AMD system was installed on top of the building already in use, which may be the world's first implementation case. In order to simultaneously mitigate the transverse-torsional coupled vibration of the building, two AMD systems were applied. Moreover, the H-infinity control algorithm has been developed to utilize the maximum capacity of the AMD system. From the results of numerical simulation using the wind load obtained from the wind tunnel tests, it was found that the maximum acceleration responses of the building were reduced significantly. Moreover, the control performance of the installed AMD system was examined by carrying out the free and forced vibration tests. The acceleration responses on top of the building in the controlled case measured under strong wind loads were compared with those in the uncontrolled case numerically simulated by using the wind load deduced from the measured data and a structural model of the building. It is demonstrated that the AMD system shows good control performance in reducing the building accelerations.
In this study, the fire suppression characteristics of a water mist with natural wind in a road tunnel were calculated using the FDS(Fire Dynamic Simulation) code. In addition, the cooling and the chemical kinetic effects of water vapor on fire extinction ere investigated in a counterflow non-premixed flame using a detailed chemistry. As a result, the behavior of fire plume and the spray characteristics of water mist are modified remarkably with the increasing of wind velocity. In the case which is not the external natural wind, small droplets are more efficient in fire suppression than large droplets. However, the large droplets show better results on the fire suppression than the small droplets with the increasing of wind velocity. It can be estimated that the natural wind disturb the penetration of water droplets into the flame region and decrease the effect of oxygen dilution. Finally, it can be identified that the fire into the natural wind can be suppressed with smaller amount of $H_2O$ by flame stretching effect in the flame region than one in an enclosure, and the chemical kinetic effects of $H_2O$ on fire extinction are not affected significantly the velocity of natural wind.
Kim, Rack-Woo;Lee, In-Bok;Hong, Se-Woon;Hwang, Hyun-Seob;Son, Young-Hwan;Kim, Tae-Wan;Kim, Min-Young;Song, Inhong
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.55
no.6
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pp.145-154
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2013
Recently, damage occurrence by wind erosion has been increasing in society. In times past, such problems only took place in desert area ; however, in recent years, the wind erosion problem is spreading out to agricultural land. Wind erosion in agricultural land can cause loss of loam soils, the disturbance of the photosynthesis of the crop fields and serious economic losses. To overcome the mentioned problems, installation of windbreak fence can be recommended which function as disturbing strong wind and wind erosion. However, there is still no proper guideline to install the windbreak fence and the installation used to rely on the intuition of the workers due to the lack of related studies. Therefore, this study measured the aerodynamic resistance of screens of the windbreak fence using the apparatus for testing screens. The apparatus for testing screens was designed to measure pressure loss around the screen. Measured pressure loss by wall friction compensated for pressure loss to calculate the aerodynamic resistance of screens. The result of pressure loss by regression analysis derived the aerodynamic coefficient of Darcy-Forchheimer equation and power law equation. The aerodynamic resistance was constant regardless of the overlapped shape when the screen was overlapped into several layers. Increasing the number of layers of the screen, internal resistance increased significantly more, and pressure loss caused by the screen also increased linearly when the wind speed was certain conditions, but permeability had no tendency. In the future, the results of this study will be applied to the computational fluid dynamics simulation. The simulation models will be also validated in advance by wind tunnel experiments. It will provide standard of a design for constructing windbreak fence.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.4
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pp.253-260
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2013
Ice accretions on the surface around a rotorcraft air intake can deteriorate the safety of rotorcraft due to the engine performance degradation. The computational simulation based on modern CFD methods can be considered extremely valuable in analyzing icing effects before exact but very expensive icing wind tunnel or in-flight tests are conducted. In this study the range and amount of ice on the surface of anti-icing equipment are investigated for heat-on and heat-off modes. It is demonstrated through the computational prediction and the icing wind tunnel test that the maximum mass and height of ice of heat-on mode are reduced about 80% in comparison with those of heat-off mode.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.3
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pp.232-239
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2009
The prediction of the separation trajectories of external stores carried by military aircraft is an important task in the area of aircraft design having the objective to define the operational, release envelopes. This paper presents the results obtained for safe store separation from a fighter aircraft by experimental methods in the subsonic wind tunnel. The problems associated with separation of external stores can be studied by the use of several wind-tunnel test techniques. Attention is given the two most useful techniques: 1) dynamically scaled drop-model testing, 2) grid testing. A description of each method is given and data obtained are shown to validate the similarity within acceptable limits.
This paper presents a method to extract flutter derivatives of bridge decks based on a combination of the computational fluid dynamics (CFD), system simulations and system identifications. The incompressible solver adopts an Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulation with the finite volume discretization in space. The imposed sectional motion in heaving or pitching relies on exponential time series as input, with aerodynamic forces time histories acting on the section evaluated as output. System identifications are carried out to fit coefficients of the inputs and outputs of ARMA models, as to establish discrete-time aerodynamic models. System simulations of the established models are then performed as to obtain the lift and moment exerting on the sections to a sinusoidal displacement. It follows that flutter derivatives are identified. The present approaches are applied to a hexagon thin plate and a real bridge deck. The results are compared to the Theodorsen closed-form solution and those from wind tunnel tests. Satisfactory agreements are observed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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