A Comparative Study of Turbulence Model Effects in Numerical Analyzing Flow around the Buildings Having Various Aspect Ratios / Farklı En-Boy Oranlarına Sahip Binaların Etrafındaki Akışın Sayısal Çözümünde Türbülans Modellerinin Etkisinin Karşılaştırmalı Araştırılması

Year 2016, Volume: 12 Issue: 3, 585 - 595, 27.12.2016

Muhammet Özdoğan , Bilal Sungur , Lütfü Namlı , Bahattin Topaloğlu , Aydın Durmuş

https://doi.org/10.18466/cbayarfbe.281616

Cited By: 1

Abstract

Energy demand
is increasing with the rising world population. Energy consumption for heating
purposes are very high in our country so energy saving is very important
especially in buildings. The outer walls of the buildings which are designed to
have a minimal heat loss will reduce fuel consumption and so it will provide
economic benefits. In this study, two dimensional numerical analysing of the
buildings having a various aspect ratio (AR) were performed for different wind
velocities by using different turbulence models. The standard k-ε model, RNG k-ε
model and realizable k-ε model were used for modelling the turbulent flow. For
these different geometrical situations, velocity vectors on buildings, heat
transfer rate from buildings and turbulence models effects on the solution were
investigated in detail. It was observed that with the decreasing wind speeds
and aspect ratio, the average heat flux of all surfaces of the building
increased depending on the convection coefficient. For the all three models
used in the study it was seen that the average heat flux on all of the building
surfaces increased depending on the heat transfer coefficient. With the
decreasing wind velocities and the building aspect ratio. On the condition of
AR=1:1, the three models gave very similar results. The results obtained showed
differences with the decreasing in the building aspect ratio. The difference
between the results was very little in low velocities, but this difference
became clear with the increase in the average wind velocity. Depending on AR
and the surface of the building, the heat flux-velocity curves gave similar
results in all three models.

Hızla artan dünya nüfusu ile birlikte enerji
kaynaklarına duyulan ihtiyaç giderek artmaktadır. Ülkemizde ısınma amaçlı
enerji tüketimi oldukça fazladır. Bu manada özellikle binalarda ısı tasarrufu
oldukça önemlidir. Bina dış duvarları üzerindeki akış ve ısı transferinin
modellenerek en az ısı kaybı olacak şekilde tasarlanması yakıt tüketimini düşürerek
ekonomik kazanç sağlama konusunda son derece etkilidir. Bu çalışmada farkı
en-boy oranlarına (EBO) sahip üç bina ele alınarak, bu binaların etrafındaki akış
farklı rüzgâr hızları için üç boyutlu olarak modellenmiştir. Türbülans modeli
olarak standart k-ε model, RNG k-ε model ve realizable k-ε model ayrı ayrı
kullanılmıştır. Bu farklı durumlar için elde edilen binalar üzerindeki hız
vektörleri, binalardan meydana gelen ısı transfer miktarları ve kullanılan
türbülans modellerinin çözüm üzerindeki etkileri incelenerek değerlendirmeler
yapılmıştır. Çalışmada kullanılan üç modelde de rüzgâr hızları arttıkça ve bina
en-boy oranları azaldıkça, taşınım katsayısının artışına bağlı olarak binanın
tüm yüzeylerindeki ortalama ısı akısının arttığı görülmüştür. Genel olarak,
EBO’nun 1:1 olması durumunda üç model de yakın sonuçlar elde edilmiştir. Bina
en-boy oranının azalmasıyla elde edilen sonuçlar farklılıklar göstermiştir.
Sonuçlar arasındaki fark düşük hızlarda yok denilecek kadar az iken ortalama
rüzgâr hızının artması ile bu fark belirginleşmiştir.  EBO’ya ve binanın yüzeyine bağlı olarak ısı
akısı-hız değişim eğrileri üç modelde de benzerlik göstermiştir.  

Keywords

Heat transfer, computational fluid dynamics, turbulence modelling, external flow, energy efficiency in buildings

References

• Ai, Z.T.; Mak, C.M. Potential use of reduced-scale models in CFD simulationsto save numerical resources: Therotical analysisand case studyof flow around an isolated building. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2014; 134, 25-29.