Experimental and Numerical Research of the Flow Features Around the Building Pairs with Different Types

Yıl 2018, Cilt: 39 Sayı: 4, 1089 - 1106, 24.12.2018

Deniz Gölbaşı Ertan Buyruk Koray Karabulut

https://doi.org/10.17776/csj.393304

Cited By: 5

Öz

Flow structure on the building is a primary factor in dispersing of air
pollutants into and around of the building. Therefore, it is required to
determine air motions outside of the building. In this study, flow features at
the vicinity of the two building models with rooftop and without rooftop having
same dimensions were investigated experimentally and numerically. In the
experimental part of the study, flow structures around buildings having
dimensions of 5x5x5cm without rooftop and 5x5x5cm with 30^o slope and
rooftop were examined firstly by placing one by one and afterwards they were
analysed by leaving a distance of 13.75cm as binary placed (with rooftop,
without rooftop and with and without rooftop) by using Particle Image Velocimetry
(PIV). In the numerical part of the study, experimental works carried out by
placing binary building was researched by using ANSYS Fluent 12.1 software with
k-ε turbulance model as three dimensional, steady and the obtained numerical
results were compared with experimental results. Instantaneous velocity fields
were firstly obtained at the experiments and then stream lines <Ψ> and
vortex peer curves <ω> were plotted by using these datas. Average
equivalent velocity curves distributions in the x and y directions were also
investigated both for building models. The results showed that the vortexes
occurred behind the building for the building without rooftop (model A) were
symmetric with each other whereas they were not symmetric at the building with
rooftop (model B). Also, the lengths of the vortexes at the rear of the model B
increased 7.5% according to model A. The obtained result demonstrated that the
rooftop had an effect on the flow structure. However, it was seen that the
results were confirmed with a deviation of 3% when compared experimental
results with numerical.

Anahtar Kelimeler

Building aerodynamic, Particle Image Velocimetry (PIV), Flow separation

Farklı Tiplerdeki Bina Çiftleri Etrafındaki Akış Özelliklerinin Deneysel ve Sayısal Olarak Araştırılması

Öz

Bina üzerindeki akış yapısı, bina içine ve etrafına hava
kirleticilerinin yayılmasında birinci derecede etkendir. Bu nedenle, bina
dışındaki hava hareketlerinin belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, aynı
boyutlara sahip çatılı ve çatısız iki bina modeli etrafındaki akış özellikleri
deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmanın deneysel kısmında, 5x5x5cm
boyutlarında çatısı olmayan ve 5x5x5cm boyutlarında 30˚ eğime sahip çatılı bina
modelleri etrafındaki akış yapıları öncelikle binalar tek tek yerleştirilerek
ve sonrasında ise binalar aralarında 13.75cm mesafe bırakılıp (çatısız, çatılı
ve çatılı-çatısız) ikili olarak yerleştirilerek Parçacık Görüntülemeli Hız
Ölçüm Tekniğinin (PIV) kullanılmasıyla incelenmiştir. Çalışmanın sayısal
kısmında ise iki bina yerleştirilerek yapılan (çatılı ve çatısız) deneysel
çalışmalar k-ε türbülans modelli ANSYS Fluent 12.1 bilgisayar programı
kullanılarak üç boyutlu, zamandan bağımsız olarak incelenmiş ve elde edilen
sayısal sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Deneyler neticesinde,
öncelikle anlık hız alanları elde edilmiş ve sonra bu veriler kullanılarak akım
çizgileri <Ψ> ve girdap eş düzey eğrileri <ω> çizilmiştir. Ayrıca,
her iki bina modeli için x ve y yönündeki ortalama eşdeğer hız eğrileri dağılımları
incelenmiştir. Sonuçlar, çatısız bina (model A) için bina arkasında oluşan
girdaplar simetrik iken çatılı binada (model B) simetrik olmadığını
göstermiştir. Ayrıca, model B’ nin arkasındaki girdapların uzunlukları model A’
ya göre % 7.5 artmıştır. Elde edilen sonuç, çatının akış yapısı üzerinde bir
etkisinin olduğunu kanıtlamıştır. Bununla birlikte, deneysel ile sayısal
sonuçlar karşılaştırıldığında % 3’ lük bir sapma ile doğrulandığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Bina aerodinamiği, Parçacık Görüntülemeli Hız Ölçümü (PIV), Akış ayrılması

Kaynakça

• [1] Park C.W. and Lee S.J., Effects of Free End Corner Shape on Flow Structure Around A Finite Cylinder, J. Fluids Struc., 19-2 (2004) 141-158.
• [2] Zdravkovich M.M., Brand V.P., Maathew G., Weston A., Flow Past Short Circular Cylinders with Two Free Ends, J. Fluid Mech., 203 (1989) 557-575.
• [3] Tutar M. and Oguz G., Large Eddy Simulation of Wind Flow Around Paralel Buildings with Varying Configurations, Fluid Dynamics Research, 31-5 (2002) 289-315.
• [4] Blocken B. and Carmeliet J., The Mutual Influence of Two Buildings on Their Wind Driven Rain Exposure and Comments on the Obstruction Factor, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 97-5 (2009) 180-196.
• [5] Gölbasi D., Buyruk E., Sahin B., Karabulut K., Experimental and Numerical Investigation of Fluid Areas for Different Buildings Models, MMO Tesisat Mühendisliği Dergisi, 162 (2017) 32-47.
• [6] Gölbasi D., Buyruk E., Sahin B., Karabulut K., Kılınc F., Experımental and Numerical Investigation of the Effect of Building Height Variation on the Flow Structures, 21. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, 356-366, 13-16 September 2017, Çorum.
• [7] Blocken B. and Stathopoulos T., CFD Simulation of Near Field Pollutant Dispersion on A High Resolution Grid: A Case Study by Les and Rans for A Building Group in Downtown Montreal, Atmospheric Environment, 45 (2011) 428-438.
• [8] Yan B.W. and Li Q.S., Wind Tunnel Study of Interference Effects Between Twin Super-Tall Buildings with Aerodynamic Modifications, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 156 (2016) 129-145.
• [9] Temel U.N., Yan Yana Taşıt Geçişi Durumlarındaki Etkileşimlerin Meydana Getirdiği Akış Yapılarının İncelenmesi, Cumhuriyet Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 2003, 236s.
• [10] Anonim, PIV Çalısma Prensibi, Available at: http://www.dantecdynamics.com. Retrieved February 11, 2018.
• [11] Guilmineau E., Computational Study of Flow Around A Simplified Car Body, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 96-6 (2008) 1207-1217.
• [12] FLUENT User's Guide, Fluent Inc., Lebanon, (2003), NH.