Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Simulation of an atmospheric boundary layer in a wind tunnel

Michał Marcin Psyk

Abstract

The main research tools of the aerodynamics of buildings are boundary layer wind tunnels, which allow to carry out model tests of designed buildings in controlled laboratory environment. To obtain results that can be implemented to the full-scale prototype, it is necessary to imitate environmental conditions in the tunnel by modelling a boundary layer of the working-section, so that it suits characteristics of an atmospheric boundary layer for specific terrain. The purpose of this thesis was to simulate a suitable atmospheric boundary layer in the environmental section of wind tunnel in the Division of Aerodynamics, so that a model test of designed skyscraper in the center of Warsaw could be conducted. Passive method was used for modelling a boundary layer of the tunnel. Cubic roughness elements and spire arrays as both mixing-devices and barriers were implemented in the working-section. Similarity criteria between the full-scale atmospheric boundary layer and the wind tunnel flow concerned a mean velocity and turbulence intensity profiles, in accordance with PN-EN 1991-1-4:2008 standards. Measurements with a hot-wire anemometry system were conducted to analyze the influence of designed elements on the flow and to verify similarity between the modelled wind tunnel boundary layer and required planetary boundary layer. Analysis of measurements’ results showed that the mean velocity profile fulfilled the required criteria with a high accuracy. However the turbulence intensity was compatible with assumptions till certain height and its value was too low for adopted model scale. In conclusions, actions to improve accordance with the required criteria were proposed. They concerned changing of spire arrays’ arrangement in the tunnel, modification of their dimensions (height and base width) as well as usage of different screen placed at the beginning of the working-section.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Michał Marcin Psyk (FPAE) Michał Marcin Psyk,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Modelowanie warstwy przyziemnej w tunelu aerodynamicznym
Supervisor
Michał Remer (FPAE/IAAM) Michał Remer,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)
Study subject / specialization
, Mechanika i Budowa Maszyn
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
18-02-2016
Issue date (year)
2016
Pages
70
Internal identifier
MEL; PD-3594
Reviewers
Janusz Piechna (FPAE/IAAM) Janusz Piechna,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Michał Remer (FPAE/IAAM) Michał Remer,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
warstwa przyziemna, symulowanie, tunel aerodynamiczny, termoanemometry, pomiary, badanie modelowe
Keywords in English
atmospheric boundary layer, simulation, wind tunnel, thermal anemometry, CTA, measuring, model tests
Abstract in Polish
Głównym narzędziem badawczym aerodynamiki budowli są tunele aerodynamiczne z warstwą przyścienną, pozwalające na badania eksperymentalne projektowanych zabudowań w mniejszej skali i w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Aby otrzymane w nich wyniki miały przełożenie na rzeczywistość, należy odwzorować w tunelu warunki środowiskowe poprzez odpowiednie zamodelowanie warstwy przyściennej przestrzeni pomiarowej, aby odpowiadała ona charakterowi warstwy przyziemnej dla danego terenu. Celem pracy dyplomowej było ukształtowanie warstwy przyściennej części środowiskowej tunelu zmiennej turbulencji Zakładu Aerodynamiki, aby odpowiadała ona charakterowi warstwy przyziemnej dla wieżowca projektowanego w centrum Warszawy, którego badania modelowe odbędą się w tym tunelu. Modelowanie warstwy przyściennej tunelu odbyło się za pomocą metody biernej. Wykorzystano elementy chropowatości w postaci klocków prostopadłościennych oraz elementy zaburzające w kształcie iglic, pełniące jednocześnie funkcję przeszkód. Przyjęto kryteria podobieństwa związane z podstawowymi charakterystykami pola prędkości wiatru, czyli profilami prędkości średniej oraz intensywności turbulencji, ustalone na podstawie normy wiatrowej PN-EN 1991-1-4:2008 i jej załącznika krajowego. W celu przeanalizowania wpływu poszczególnych elementów na przepływ w tunelu oraz zweryfikowania zgodności otrzymanego pola prędkości z założonym, przeprowadzono pomiary za pomocą termoanemometrów stałotemperaturowych dla przypadków przestrzeni pomiarowej pustej oraz z klockami i iglicami zamontowanymi osobno i razem. Analiza wykonanych pomiarów wykazała, że w wyniku wprowadzenia do przestrzeni pomiarowej zaprojektowanych elementów kształtujących warstwę przyścienną otrzymano dużą zgodność profilu prędkości średniej z założeniami, lecz mniejszą dla intensywności turbulencji, ograniczoną do pewnej wysokości i o zbyt małej wartości dla danej skali modelu. We wnioskach zaproponowano działania, mające na celu polepszenie dopasowania charakterystyk do wymaganych. Obejmują one zmianę rozmieszczenia iglic w tunelu, zmodyfikowanie ich wymiarów oraz wykorzystanie innego ekranu przed przestrzenią pomiarową.
File
  • File: 1
    Praca dyplomowa Michał Psyk.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 9085

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT64374624423f4de09845d907754baf61/
URN
urn:pw-repo:WUT64374624423f4de09845d907754baf61

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page