wind flow
در نشریات گروه مکانیک-
به طورکلی اجسام در حال دوران (آنتن ها، فرفره ها، اجسام پرنده دارای دم) همواره با توجه به ابعاد و سرعت های دورانی مختلف، گشتاورهای دورانی متفاوتی تولید می کنند. در مواردی نیز موجب وارد شدن خسارات زیادی به دیگر تجهیزات می شود، لذا می بایست از میزان گشتاوری که اجسام دوار در سرعت های دورانی مختلف و همچنین در حضور و یا عدم حضور جریان هوا تولید می کنند، مطلع شد. با توجه به اهمیت این موضوع، در این مطالعه به تجزیه وتحلیل عددی و تجربی جریان غیر دایم حول مدل استوانه ای دارای صفحات عمودی تحت دوران اجباری پرداخته شده است و هدف اصلی آن، اندازه گیری گشتاور اجسام در حال دوران در شرایط حضور جریان باد و همچنین تثبیت دوران در سرعت های دورانی ثابت می باشد. ابتدا دستگاه اندازه گیری گشتاور دورانی آیرودینامیکی ساخته شده و سپس مدل استوانه 3 باله ای در تونل باد تحت آزمایش قرارگرفته و شبیه سازی عددی مدل های 3 و 2 باله ای نیز در شرایط یکسان آزمایشگاهی توسط نرم افزار انسیس فلوینت انجام گرفت. تطابق خوبی بین نتایج تجربی و عددی مشاهده گردید و حداکثر خطا بین آن ها کمتر از 10 درصد ثبت شد که قابل قبول می باشد. از نتایج شبیه سازی مشاهده شد در هر 180 درجه دوران که بیشترین سطح مقطع مدل ها در معرض برخورد مستقیم جریان باد قرار می گیرد، ماکزیمم گشتاور تولیدی مدل استوانه 2 باله ای، 30 درصد بیشتر از ماکزیمم گشتاور تولیدشده توسط مدل 3 باله ای می باشد. با افزایش سرعت جریان باد از 20 تا 60 متر بر ثانیه، گشتاور دورانی مدل 3 باله ای از 4/0 تا 2/1 نیوتن متر که معادل 200 درصد می باشد، افزایش می یابد.
کلید واژگان: گشتاور دورانی، مدل استوانه باله دار، سرعت دوران، تونل باد، جریان بادIn general, rotating objects always produce different rotational torques according to different dimensions and rotational speeds. In some cases, it can cause a lot of damage to equipment, so it is necessary to be aware of the amount of torque that rotating objects produce at different rotational speeds, as well as in the presence or absence of air flow. in this study, numerical and experimental analysis of non-continuous flow around a cylindrical model with vertical plates under forced rotation is performed and its main purpose is to measure the torque of rotating objects in the presence of wind current also to stabilize rotation. Rotational speeds are constant. First, an aerodynamic torque measuring device was built and then a 3-fin cylindrical model was tested in a wind tunnel, and numerical simulations of 3 and 2 fin models were performed in the same laboratory conditions by Ensys Fluent software. A good agreement was observed between the experimental and numerical results and the maximum error between them was less than 10%, which is acceptable. From the simulation results, it was observed that in every 180 degrees of rotation that the maximum cross section of the models is exposed to direct wind flow, the maximum torque produced by the 2-blade cylindrical model is 30% higher than the maximum torque produced by the 3-blade model. As the wind speed increases from 20 to 60 meters per second, the torque of the 3-fin model increases from 0.4 to 1.2 Nm, which is equivalent to 200%.
Keywords: Rotational Torques, Finned cylindrical model, Rotational speed, Wind Tunnel, Wind flow -
در مطالعه حاضر انتشار جریان گل آلود رهاسازی توده به صورت دوبعدی، تحت تاثیر جریان باد با استفاده از نرم افزاری متن باز، مدل سازی شده است. جهت حل این مسئله از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ به منظور مشاهده دقیق تر پدیده های آشفته، استفاده شده است. با توسعه حل گر دوفازی نرم افزار مذکور به گونه ای که معادلات روش حجم سیال با معادله اسکالر غلظت جفت شوند، مسئله سه فاز به صورت یک فاز مخلوط سیال چگال و آب خالص درکنار فاز هوا شبیه سازی می شود. نتایج نشان می دهد که افزایش سرعت باد سبب کاهش نیروی شناوری محرک جریان گل آلود و هم چنین افزایش درون آمیختگی می شود که معنای آن آلودگی سریع تر نواحی آبی است. این افزایش سرعت باد باعث افزایش تنش برشی دیوار نیز می شود با این تفاوت که مقدار تنش برشی دیوار در سرعت های باد کم، چشم گیر نیست و این خود مانع از تغییر قابل ملاحظه در رفتار رسوب گذاری جریان می شود. با بررسی رفتار رسوب گذاری جریان، مشاهده می شود که در سرعت های باد زیاد، جریان باد موافق با جریان گل آلود، تاثیرات زیان بارتری نسبت به جریان باد مخالف دارد و انباشت رسوب آن بیش تر است.
کلید واژگان: جریان باد، جریان گل آلود، پدیده های آشفته، رسوب گذاری، روش حجم سیالIn the present study, the two-dimensional lock-exchange turbidity current under the influence of wind flow is modeled using open-source software. To solve this, the large eddy simulation method has been used in order to observe turbulent phenomena more accurately. By developing the two-phase solver of the software so that the equations of the volume of fluid method are coupled with the scalar equation of concentration, the three-phase problem is simulated as a phase of a mixture of dense fluid and pure water next to the air phase. The results show that an increase in wind speed reduces the buoyancy force driving the turbidity current and increases the entrainment, which means faster pollution of water areas. This increase in wind speed also increases the wall shear stress, with the difference that the amount of wall shear stress at low wind speeds is not significant. So this prevents a significant change in the deposition behavior of the current. Studying the current's sedimentation behavior, showed that at high wind speeds, the co-current wind flow corresponding to the turbidity current has more harmful effects than the reverse wind flow and its sediment accumulation is getting higher.
Keywords: Wind Flow, Turbidity Current, Turbulent Phenomena, Sedimentation, Volume Of Fluid Method -
امروزه مطالعه رفتار باد در محیط های شهری مانند مجتمع های ساختمانی، شهرک ها، شهرها و ساختمان ها بلند مرتبه در کانون توجه قرار گرفته است. بررسی اثر دینامیک باد بر محیط های شهری و بطور متقابل اثر شهر بر رفتار و الگوی باد، موضوع اصلی این تحقیقات می باشد .امروزه مدل سازی جریان باد به کمک دینامیک سیالات محاسباتی و نرم افزار های آن مطالعه رفتار باد و جریان های ناشی از آن، از در معماری محیط های هندسه های شهری مانند مجموعه ای از مجتمع های ساختمان ها ساختمانی، شهر ها، شهرک ها و ساختمان ها بلند مرتبه هم اکنون در کانون توجه قرار گرفته است. به دلیل اثرات محیط های چیدمان مجموعه ساختمان های شهری بر الگوی جریان باد[U1] ، مطالعه و شبیه سازی آن بسیار حائز اهمیت می باشد. در دهه ی 1950 با توجه به ضعف کامپیوتر های موجود، توسعه ی مطالعات تجربی و آزمایشگاهی و اندازه گیری های هواشناسی برای بهبود پیش بینی عددی آب و هوا آغاز شد. در دهه ی 1960 با توسعه و بهبود مدل های عددی، معادلات ابتدایی و همچنین افزایش توان محاسباتی کامپیوتر ها، مدل سازی ها با هندسه ی پیچیده و دقت بیشتر آغاز شد. در دهه ی 1970 مدل های متوسط گیری شده ی رینولدزی تلاطم برای شبیه سازی ارائه گردیدند. به علت کارآمدی خوب، این مدل ها نیز در علم دینامیک باد شهری مورد استفاده قرار گرفت. در ادامه در سال های 1980 مدل های عددی حل این معادلات توسعه یافتند. برای ارزیابی نتایج بدست آمده در دهه ی 1990 مدل های پیشرفته ی تلاطم ارائه و با نتایج آزمایش تونل باد مقایسه گردید. در سال های اخیر ارائه ی مدل های جدید عددی باعث ارتقاء دقت پیش بینی الگوی جریان و دینامیک باد بر روی ساختمان ها و به ویژه در سطح عابرین پیاده شده است. در مطالعه ی پیش رو برخی از کاستی های این مقوله ارائه شده است. همچنین مقالات مهم و تاثیر گذار 65 سال گذشته در علم شبیه سازی جریان باد مرور شده است.کلید واژگان: جریان باد، دینامیک سیالات محاسباتی، مدل های آشفتگیWind flow modeling on urban geometry¡ such as a set of buildings¡ cities¡ towns and tall buildings are now in the spotlight. It is important to study and simulation of winds dynamics due to the effects of urban areas on the attitude and regime of wind and in the other hand¡ the effects of winds dynamics on the urban areas. In the 1950s¡ experimental studies and measurements of weather prediction were begun and developed due to computational disability of computers to improve numerical prediction of meteorological climate. In the 1960s¡ complex geometry simulations with higher precision were begun after development of Numerical Models of Primitive Equations and increase the computational ability of computers. In the 1970s¡ the Reynolds Averaged Navier- Stocks turbulence models for simulation were discussed. Then¡ in the years 1980 numerical methods for solving these equations were developed. In 1990s¡ assessment of Advanced Turbulent Models results with wind tunnel measurements was presented. In recent years presenting number of new models were done to improving prediction precision and flow dynamics of wind on buildings especially in the pedestrian level. In the present study¡ some of the shortcomings of this issue are provided. Also important and influential papers in wind flow simulation over the past 65 years were reviewed.Keywords: Wind flow, Computational Fluid Dynamics, Turbulence Models
-
گالوپینگ کابل ها یکی از انواع ارتعاشات خود تحریک است که دارای دامنه ی بالا و فرکانس پایین می باشد. در این مقاله، به منظور بررسی گالوپینگ غیر خطی یک کابل آویخته با در نظر گرفتن سفتی های خمشی و پیچشی آن، از مدل تیر منحنی شکل استفاده شده است. کابل مورد بررسی تحت نیروهای خارجی جریان باد، حرکت پایه سمت راست و در شرایط یخ زدگی مقطع آن فرمول بندی شده است. با فرض نسبت شکم به دهانه ی کوچک و براساس مقادیر پارامترهای کابل در واقعیت، می توان به یک مدل کاهش یافته دست یافت که شامل معادلات کلاسیک، مانند آن چه برای کابل انعطاف پذیر به دست می آید، به همراه یک معادله ی اضافه حاکم بر پیچش کابل می باشد. این سیستم دو درجه آزادی با به کارگیری روش گلرکین با استفاده از یک مد درون صفحه و یک مد خارج از صفحه به عنوان توابع ویژه گسسته شده است و شامل عبارات غیرخطی مرتبه دو و مرتبه سه می-باشد. با استفاده از روش مقیاس های چندگانه با در نظر گرفتن تشدید داخلی 1:1 معادلات دامنه-فاز به دست آمده اند. سرعت باد و خروج از مرکزی مقطع به عنوان پارامترهای کنترلی در نظر گرفته شده اند و تاثیر خروج از مرکزی سطح مقطع برروی دامنه ی گالوپینگ مورد بررسی قرار گرفته است. از نتایج چنین بر می آید که دامنه ی ارتعاشات در سرعت های بالا با در نظر گرفتن خروج از مرکزی رفتاری کاملا متفاوت از خود نشان می دهد. بدون در نظر گرفتن خروج از مرکزی دامنه ی ارتعاشات با افزایش سرعت، افزایش می یابد در حالی که با در نظر گرفتن خروج از مرکزی، دامنه در سرعت های پایین افزایش ولی در سرعت های بالا کاهش می یابد.کلید واژگان: گالوپینگ، کابل، جریان باد، تیر منحنی شکل، تئوری اغتشاشاتGalloping of cables is a kind of self-excited vibration and characterized with high amplitude and low frequency vibration. In this paper for investigating the nonlinear galloping of an inclined cable, considering flexural and torsional stiffness, a cable-beam model is used. The iced cable is formulated under the effects of combined wind flow and support motion. Assuming low sag to span ratio and using physical parameter values of the cable, the governing equation of motion is obtained as a classical equations of the perfectly flexible cable, plus a further equation governing the twist motion. These two degrees of freedom system is discretized via the Galerkin method, by taking in-plane and out-of-plane modes as trial function. Two resulting non-homogeneous ordinary differential equations are coupled and contain quadratic and cubic nonlinearities in both velocity and displacement terms. By using multiple scale method for 1:1 internal resonance, a first order amplitude-phase modulation equation, governing the slow dynamic of the cable, is obtained. In this paper the wind speed and the eccentricity of the iced section are set as the control parameters. Without consideration the eccentricity, the value of amplitude is increased as the wind speed is increased. But considering the eccentricity is reduced to firstly increasing and then decreasing the amplitude.Keywords: Galloping, Cable, Wind Flow, Curved Beam, Perturbation method
-
The purpose of this paper is to develop an approximate method for the evaluation of the normal force acting on a flexible plate normal to the wind flow and the deformation of the plate. A theoretical modelling is firstly proposed to predict the relationship between the normal drag coefficient of a rigid curved-plate and the configuration of the plate with the aid of a series of numerical analyses of structure and fluid dynamics. Then, based on the theoretical modelling, an approximate method for the evaluation of the normal force acting on the plate and the deformation of the plate is constructed using only the iteration of structure mechanics analysis, instead of conventional complex iterations of fluid-structure coupling analysis. Simulation tests for 3D flexible plates with different lengths and different material moduli are conducted. Also a comparative simulation test of a 3D flexible plate used in a previous experiment is performed to further confirm the validity and accuracy of the approximate method. Numerical results obtained from the approximate method agree well with those obtained from the fluid dynamics analysis as well as the results of the previous wind tunnel experiment.Keywords: Wind flow, Flexible plate, Fluid, structure interaction, Normal force, Approximate method
-
پیش بینی الگوی جریان باد در اطراف ساختمانهای بلند، بدلیل مطرح شدن مسایلی چون آسایش پیاده رو، مشکل عدم تخلیه آلاینده های مضر در سرعتهای پایین باد و... امروزه جایگاه ویژه ای پیدا کرده است. جریان آشفته باد در اطراف ساختمان بدلیل پیچیدگی های فیزیکی از جمله وجود گوشه های تیز، اثر زمین، وجود گردابه های مختلف و سایر عوامل یکی از بهترین گزینه ها برای ارزیابی دقت و کارآیی مدلهای توربولانسی می باشد. در یک مجموعه ساختمانی علاوه بر دشواری های ذکر شده، تاثیر ساختمانها بر یکدیگر و بوجود آمدن نواحی بسیار پرسرعت در بین ساختمانها باعث می گردد تا برای حصول جوابهای مورد اعتماد از یک شبکه ریز به همراه یک مدل توربولانسی دقیق استفاده شود که موجب افزایش هزینه محاسباتی خواهد شد. مدل DES از روش های نسبتا جدید RANS-LES برای شبیه سازی جریان آشفته است که زمان اجرای شبیه-سازی در آنها نسبت به روش های رایج LES کمتر می باشد. در این مقاله جریان آشفته باد در سرعتهای مختلف بر روی پردیس دانشگاه تربیت مدرس با استفاده از مدل DES شبیه سازی شده و بدلیل تعداد زیاد نقاط شبکه از یک کلاستر به منظور پردازش موازی استفاده شده است. به منظور صحت سنجی، نتایج حاصله از روش DES با مدلهای متداول توربولانسی مانند اسماگورینسکی مقایسه شده اند. نتایج حاکی از آن است که دقت روش DES مطلوب می باشد.
کلید واژگان: جریان باد، دانشگاه تربیت مدرس، مدل DES، آسایش پیاده رو، پردازش موازیPredicting wind flow pattern around high rise building, because of pedestrian comfort, air pollution in weak wind region and etc. has important position in wind engineering. Turbulent wind flow over buildings due to the complexity like sharp corners, ground effect and different vortexes, is one of the best choices to evaluate turbulence methods. Moreover in a campus due to high velocity region between buildings, simulating wind flow is more complex. Therefore reaching acceptable result needs a fine grid with an accurate turbulence model that increases computational cost. DES is hybrid RANS-LES models for simulating turbulent flow which for their characteristic, treat near wall as RANS and farther the wall act as LES model. Consequently in this hybrid model, computational time will decrease compared to traditional LES models. In this article turbulent 3 dimensional wind flow over Tarbiat Modares University with DES method in different wind velocities is simulated. Because cells number is great, parallel processing has been used. For verification, DES results are compared with traditional LES models such as smagorinsky. The results show good agreement with other traditional methods.Keywords: wind flow, Tarbiat Modares University, DES Model, Pedestrian comfort, Parallel Processing -
جریان آشفته باد بر روی ساختمان بدلیل دارا بودن پیچیدگی های فیزیکی از جمله وجود گوشه های تیز، اثر زمین، وجود گردابه های مختلف و... یکی از بهترین گزینه ها برای ارزیابی روش های توربولانسی می باشد. روش DES و DDES از روش های نسبتا جدید ترکیبی RANS-LES برای شبیه سازی جریان آشفته می باشند که بدلیل ذات ترکیبی آن در نزدیکی مرز از روش RANS و در نواحی دورتر از آن از روش LES استفاده می کنند و متعاقبا زمان اجرای شبیه سازی در آنها نسبت به روش های رایج LES کمتر می باشد. در این مقاله برای ارزیابی روش های DES و DDES، جریان باد بر روی ساختمان در رینولدز 22000 بصورت 3 بعدی و با استفاده از پردازش موازی شبیه سازی شده است و برای صحت سنجی از نتایج تجربی سایر محققین استفاده شده است. همچنین روش مذکور با روش های متداول توربولانسی εk- و اسماگورینسکی نیز مقایسه شده است تا کارآیی آن نسبت به سایر روش های توربولانسی آشکار گردد. نتایج حاکی از آن است که روش DES با شبکه ریز در عین کاهش 26% زمان محاسبات نسبت به مدل اسماگورینسکی، از دقت خوبی به منظور شبیه سازی جریان آشفته غیرقابل تراکم باد بر روی ساختمان برخوردار است.
کلید واژگان: جریان باد، جریان آشفته حول ساختمان، مدل DES، روش های RANS، LES، پردازش موازیTurbulent wind flow over buildings occurs due to the complexity like sharp corners، ground effect and different vortexes is one of the best choices to evaluate turbulence methods. DES and DDES are hybrid RANS-LES models for simulating turbulent flow which for their characteristic treat near wall as RANS and farther the wall act as LES model. Consequently computational time will decrease compared to traditional LES models. In this article to evaluate DES and DDES models، turbulent incompressible flow in Re = 22000 over 3D building is simulated using parallel processing facilities. For verification purpose other investigators experiment results are used. Also the mentioned models are compared with classic RANS and LES models، like k-ε and LES-Smagorinsky to depict their performance. Our results illustrate DES model with fine grid has good precision for simulating turbulent incompressible wind flow over building and decline of 26 percentage of computational time compared to LES-Smagorinsky model.Keywords: wind flow, turbulent flow around building, DES Model, RANS, LES Models, Parallel Processing
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.