بررسی تجربی عملکرد شبیه‌ساز جریان باد پیچ‌خورده در یک تونل باد لایه‌مرزی کوچک‌مقیاس با استفاده از یک پروب 5 سوراخه

زاده محمد, علی; رستگاری, مهدی; حججی نجف ابادی, محمد; حسینی, سید جلیل

بررسی تجربی عملکرد شبیه‌ساز جریان باد پیچ‌خورده در یک تونل باد لایه‌مرزی کوچک‌مقیاس با استفاده از یک پروب 5 سوراخه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

علی زاده محمد ¹

مهدی رستگاری ¹

محمد حججی نجف ابادی ²

سید جلیل حسینی ³

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد ، گروه مهندسی عمران ، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

² استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

³ استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

چکیده

با توجه ‌به تأثیرات مخرب طوفان‌ها و اهمیت شبیه‌سازی و بررسی آن‌ها، در این تحقیق به شبیه‌سازی نوع خاصی از جریان‌های باد لایه‌مرزی اتمسفریک پیچ‌خورده در یک تونل باد لایه‌مرزی پرداخته‌شده است. با درنظرگرفتن هزینه‌ها و مصرف انرژی بسیار بالای شبیه‌سازی و انجام آزمایش در تونل‌های بزرگ‌مقیاس، هدف از انجام این پژوهش کاهش هزینه‌ها و هدر رفت انرژی با استفاده از یک تونل باد کوچک‌مقیاس بوده است. برای بررسی جریان باد پیچ‌خورده از دو نوع سیستم شبیه‌ساز پیچش ملایم و شدید استفاده‌شده است. ارزیابی شرایط جریان توسط سیستم آشکارساز جریان (تافت)، حس‌گر سیم داغ آزمایشگاهی و پروب 5 سوراخه که قادر به اندازه‌گیری پارامترهایی ازجمله سرعت، شدت آشفتگی و زاویه پیچش جریان است صورت گرفته است. درنهایت بررسی و مقایسه پروفیل‌های زاویه پیچش، سرعت و آشفتگی جریان با مراجع قبلی نشان داد که با ایجاد برخی تغییرات در سیستم شبیه‌ساز می‌توان یک شبیه‌سازی با دقت مناسب در تونل باد کوچک‌مقیاس انجام داد. به‌طوری‌که اختلاف پروفیل سرعت و آشفتگی جریان اندازه‌گیری شده در تحقیق حاضر با پروفیل‌های ارائه‌شده در مراجع قبلی کمتر از 5 درصد بوده است. همچنین، زاویه پیچش جریان برای شبیه‌سازهای با حداکثر زاویه هدایت 15 و 30 درجه به ترتیب برابر 12 و 20 درجه بوده که اختلاف آن با مراجع قبلی کمتر از 2 درجه است. درنتیجه می‌توان گفت شبیه‌سازی انجام‌شده در این تحقیق تطابق بسیار خوبی با شبیه‌سازی‌های انجام‌شده در مراجع قبلی که در آن‌ها از تونل‌های بزرگ‌مقیاس استفاده‌شده بود، داشته است

کلیدواژه‌ها

جریان باد

تونل باد

جریان باد پیچ‌خورده

مشاهده جریان

پروب 5 سوراخه

20.1001.1.23223278.1404.14.1.5.8

عنوان مقاله English

Experimental assessment of the Performance of Twisted Wind Flow Simulator in a Small-Scale Boundary Layer Wind Tunnel Using a 5-Hole Probe

نویسندگان English

ali Zadehmohammad ¹

Mahdi Rastgari ¹

Mohammad Hojaji ²

seyed Jalil Hosseini ³

¹ Master's student, Department of Civil Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran

² Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran

³ Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran

چکیده English

Given the destructive effects of storms and the importance of their simulation and investigation, this study simulates a specific type of twisted atmospheric boundary layer wind flow in a boundary layer wind tunnel. Considering the high cost and energy consumption of simulation and testing in large-scale tunnels, the aim of this study was to reduce the cost and energy waste by using a small-scale wind tunnel. To assessment the twisted wind flow, two types of simulation systems representing high and extreme twisting of the wind flow were used. The flow conditions were evaluated using a flow observation system, a laboratory hot-wire sensor, and a 5-hole probe capable of measuring parameters such as velocity, turbulence intensity, and twist angle of the flow. Finally, by studying and comparing the profiles of twist angle, velocity, and flow turbulence with previous references, it was shown that by making some changes in the simulator system, a simulation with reasonable accuracy can be performed in a small-scale wind tunnel. So the difference between the velocity and turbulence profiles measured in this study and those reported in previous references was less than 5%. Additionally, for simulators with maximum guidance angles of 15 and 30 degrees, the resulting flow twist angles were 12 and 20 degrees, respectively, with a deviation of less than 2 degrees compared to previous references. Therefore, it can be concluded that the simulation conducted in this study shows a strong agreement with prior simulations that utilized large-scale wind tunnels.

کلیدواژه‌ها English

Wind Flow Wind Tunnel Twisted Wind Flow Observation 5

Hole Probe

[1] A. Doosti and N. Asadian Zargar, “Destructive effects of storms on human settlements and strategies to reduce vulnerability,” 2014, The Second National Conference on Crisis Management and HSE in Vital Arteries.(In Persian)

[2] A. Sagharichi, M. J. Maghrebi, and A. Arabgolarcheh, “Numerical Investigation of the Effect of Fixed and Variable Pitch Angle Blade on Dynamic Stall of Flow Field Around Darrieus Wind Turbine Blade,” Journal of Fluid Mechanics and Aerodynamics, Imam Hossein University, vol. 5, no. 1, pp. 29–46, 2016.(In Persian).DOR:https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.23223278.1395.5.1.3.3

[3] A. Ebrahimi and A. H. Hossein, “Performance Analysis of a Large-Scale Wind Turbine in Wind Shear and Inflow Turbulence Conditions,” Journal of Fluid Mechanics and Aerodynamics, Imam Hossein University, vol. 8, no. 2, pp. 19–29, 2020.(In Persian).DOR:https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.23223278.1398.8.2.2.5

[4] M. Saeedi and R. A. Tough, “Investigation of the Delay in Flow Separation on the Wind Turbine Blade by Combining the Slat and Longitudinal Slot Effects,” Journal of Fluid Mechanics and Aerodynamics, Imam Hossein University, vol. 9, no. 2, pp. 39–52, 2020.(In Persian).DOR:https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.23223278.1399.9.2.4.4

[5] M. Hojaji, N. Asgari, S. J. Hosseini, A. H. Rezvani, and B. Sharifzade, “Experimental Study of Impact Angle of Microburst Effects on a Cubic Structure - Part A: Stationary Microburst Observation,” Amirkabir Journal of Mechanical Engineering Amirkabir J. Mech. Eng, vol. 54, no. 5, pp. 201–204, 2022. (In Persian) doi: 10.22060/mej.2022.20500.7250

[6] M. Hojaji, A. H. Rezvani, N. Asgari, A. H. Sadeghi, and S. J. Hosseini, “Experimental investigation of the downburst impact angle effect on a cubic structure - Part B: Moving microburst observations,” Scientific Journal of the Iranian Society of Mechanical Engineers, vol. 32, no. 1, pp. 13–29, 2024. (In Persian) doi: 10.30506/MMEP.2023.563653.2059

[7] H. Kozmar, “Scale effects in wind tunnel modeling of an urban atmospheric boundary layer,” Theor Appl Climatol, vol. 100, no. 1, pp. 153–162, 2010. doi: 10.1007/S00704-009-0156-3/METRICS

[8] H. Kozmar, “Influence of spacing between buildings on wind characteristics above rural and suburban areas,” Wind and Structures, vol. 11, no. 5, pp. 413–426, 2008. doi: 10.12989/was.2008.11.5.413

[9] R. G. J. Flay, “A twisted flow wind tunnel for testing yacht sails,” Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 63, no. 3, pp. 171–182, 1996. doi: 10.1016/S0167-6105(96)00080-3

[10] R. G. J. Flay, N. J. Locke, and G. D. Mallinson, “Model tests of twisted flow wind tunnel designs for testing yacht sails,” Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 63, no. 3, pp. 155–169, 1996. doi: 10.1016/S0167-6105(96)00074-8

[11] B. R. Mendenhall, A Statistical Study of Frictional Wind Veering in the Planetary Boundary Layer. Fort Collins, Colorado, United States of America: Colorado State University, Department of Atmospheric Science, 1967.

[12] Y. Tamura et al., “Profiles of mean wind speeds and vertical turbulence intensities measured at seashore and two inland sites using Doppler sodars,” Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 95, no. 6, pp. 411–427, 2007. doi: 10.1016/J.JWEIA.2006.08.005

[13] K. T. Tse, A. U. Weerasuriya, and K. C. S. Kwok, “Simulation of twisted wind flows in a boundary layer wind tunnel for pedestrian-level wind tunnel tests,” Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 168, no. 1, pp. 99–109, 2016. doi: 10.1016/J.JWEIA.2016.10.010

[14] K. T. Tse, A. U. Weerasuriya, X. Zhang, S. W. Li, and K. C. S. Kwok, “Effects of twisted wind flows on wind conditions in passages between buildings,” Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 177, no. 1, pp. 104–115, 2017. doi: 10.1016/j.jweia.2018.03.004

[15] B. Yan et al., “Wind Tunnel Investigation of Twisted Wind Effect on a Typical Super-Tall Building,” Buildings, vol. 12, no. 12, pp. 226–237, 2022. doi: 10.3390/BUILDINGS12122260

[16] L. Zhou, G. Hu, K. T. Tse, and X. He, “Twisted-wind effect on the flow field of tall building,” Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 218, no. 1, pp. 104–112, 2021. doi: 10.1016/J.JWEIA.2021.104778

[17] A. Peña, S. E. Gryning, and R. Floors, “The turning of the wind in the atmospheric boundary layer,” J Phys Conf Ser, vol. 524, no. 1, pp. 19–25, 2014. doi: 10.1088/1742-6596/524/1/012118

[18] C. Dyrbye and S. O. Hansen, Wind Loads on Structures. Denmark: Wiley, 1997.

[19] V. W. Ekman, “On the influence of the Earth’s rotation on ocean currents,” Arkiv för Matematik, Astronomi och Fysik, vol. 2, no. 1, pp. 1–52, 1905. doi: 10.1007/BF02418150