بررسی و اصلاح آیرودینامیکی مقطع برج بین المللی تهران در معرض بادهای سالیانه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

مطالعه جریان باد حول برجهای بلند به دلیل ریزش نامتقارن گردابه ها و در نتیجه وارد شدن نیروهای نوسانی به سازه از اهمیت خاصی برخوردار می‌باشد. هر چند تحلیل این پدیده در شرایط خاص از قبیل سرعت و جهت جریان باد قبلاً صورت پذیرفته ولی تاکنون یک معیار کمی برای ارزیابی آئرودینامیکی وضعیت برج در معرض انواع بادها با سرعت‌ها و در جهات مختلف با توجه به موقعیت خاص جغرافیایی محل صورت نپذیرفته است. در پژوهش حاضر شبیه‌سازی عددی جریان باد حول هندسه مقطع برج بین الملی 56 طبقه تهران در معرض سرعت‌های مختلف باد در جهات متفاوت انجام و نیروهای آیرودینامیکی و دامنه و فرکانس نوسانات آنها محاسبه گردیده است. سپس با توجه به نامطلوب بودن هرگونه نیروی آئرودینامیکی وارده به برج از دیدگاه سازه‌ای، از ترکیب مقادیر متوسط و دامنه نوسانات ضرائب آئرودینامیکی در هر سرعت و زاویه وزش در شهر تهران معیاری برای ارزیابی آئرودینامیکی برج بین المللی تهران در معرض بادهای سالیانه ارائه شده است. محاسبات عددی به صورت تراکم ناپذیر ناپایا و با بهره‌گیری از مدل توربولانسی ترابرد تنش برشی کی- امگا صورت پذیرفته‌اند. بحرانی‌ترین سرعت‌ها و موقعیت‌های وزش باد بر برج از نظر مجموع ضرایب متوسط و دامنه نوسانات ضرایب برآ و پسا موقعیت وزش صفر و بیست درجه به‌ترتیب در سرعت‌های باد 15 و 10 متر بر ثانیه تشخیص داده شد. به منظور بهبود خواص آیرودینامیکی از جمله کاهش مقادیر متوسط و دامنه نوسانات نیروهای آیرودینامیکی، تغییراتی در هندسه برج اعمال گشته و هندسه جدیدی موسوم به هندسه اصلاحی معرفی و ضرایب آیرودینامیکی آن با هندسه فعلی برج مقایسه شده است. بر اساس نتایج بدست آمده هندسه اصلاحی در همه موقعیت‌های بحرانی وزش باد دارای مجموع ضرایب آیرودینامیکی کمتری نسبت به هندسه اصلی بوده و به صورت میانگین کاهش 21 درصدی مجموع ضرایب آیرودینامیکی را نسبت به هندسه اصلی سبب می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Aerodynamic Evaluation and Modification of Tehran International Tower Section Exposed to Annual Winds

نویسندگان [English]

  • ALI Saber moghadam
  • alireza jahangirian
Aerospace Engineering Department Amirkabir University of Technology
چکیده [English]

In the current research, the numerical simulation of the wind flow around the geometry of the 56-story Tehran International Tower exposed to different wind velocities in different directions has been performed and the aerodynamic forces, amplitudes, and frequencies of their fluctuations have been calculated. Then, according to the unfavorableness of any aerodynamic force acting on the tower from a structural point of view, from the combination of the average values and the range of fluctuations of the aerodynamic coefficients at each wind velocity and angle in the city of Tehran, a criterion for the aerodynamic evaluation of the Tehran International Tower exposed to annual winds has been presented. Numerical calculations have been done in an unsteady incompressible manner using the k-ω SST turbulence model. The most critical wind speeds and positions on the tower are detected at the directions of 0 and 20 degrees at wind speeds of 15 and 10 m/s, respectively. In order to improve the aerodynamic properties changes are made in the geometry of the tower and a new geometry is introduced and its aerodynamic coefficients are compared with the current geometry of the tower. According to the obtained results, the modified geometry has lower total aerodynamic coefficients than the original geometry in all critical wind situations and causes an average reduction of 21% in the total aerodynamic coefficients compared to the original geometry.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Computational fluid dynamics
  • Aerodynamic modification
  • Tehran international tower section

مراجع

[1] H. Hayashida, Y. Iwasa, Aerodynamic Shape Effects of Tall Building for Vortex Induced Vibrations, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 33 (1990) 237-242.
[2] D. Yu, A. Kareem, Numerical Simulation of Flow Around Rectangular Prism, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 68 (1997) 195-208.
[3] H. Kawai, Effect of Corner Modifications on Aeroelastic Instabilities of Tall Buildings, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 76 (1998) 719-729.
[4] A. Nejat, A. R. Jahangirian, S. M. H. Karimian, Unsteady Flow Analysis Around Tall Tower Sections, in:  The First International and The Third National Iran Aerospace Association Conference, Sharif University of Technology, Tehran, Iran, 2000, 99-107. (In Persian)
[5] F. Xu, X. Ying, Z. Zhang, Prediction of unsteady flow around a square cylinder using RANS, Applied Mechanics and Materials, 54 (2011) 1165-1170.
[6] B.E. Kumar, Y. Tamura, A. Yoshida, Y. C. Kim, Q. Yang, Local and Total Wind Force Characteristics of Triangular-Section Tall Buildings, in:  22nd Wind Engineering Symposium, 2012, 179-184.
[7] S. Mukherjee, S. Chakraborty, S. Dalui, A. K. Ahuja, Wind induced pressure on 'Y' plan shape tall building, Wind and Structures an International Journal, 19(5) (2014) 523-540.
[8] B. G. Jebaraj, F. Christy, CFD Simulations of Flow Around Octagonal Shaped Structures, Journal of Engineering Science and Technology Review, 9 (5) (2016) 72 - 76.
[9] W. Yuan, Z. Wang, H. Chen, K. Fan, Numerical analyses of aerodynamic characteristics of integrated L-shaped high-rise building, Advances in Engineering Software, 000 (2017) 1–10.
[10] S. Yagmur, S. Dogan, M. H. Aksoy, I. Goktepeli, M. Ozgoren, Comparison of flow characteristics around an equilateral triangular cylinder via PIV and Large Eddy Simulation methods, Flow Measurement and Instrumentation, 55 (2017) 23-36.
[11] Y. Yang, R. Liu, R. Guo, L. Chen, P. Song, H. Hu, Numerical analysis of underwater flow past columnar projectile with different cross-sections at high Reynolds numbers, International Journal of Vibroengineering, 20(2) (2018) 1179-1193.
[12] A. B. Daemei, E. M. Khotbehsara, E. M. Nobarani, P. Bahrami, Study on wind aerodynamic and flow characteristics of triangular shaped tall buildings and CFD simulation in order to assess drag coefficient, Ain Shams Engineering Journal, 10 (2019) 541–548.
[13] P. Sanyal, S. K. Dalui, Comparison of aerodynamic coefficients of various types of Y-plan-shaped tall buildings, Asian Journal of Civil Engineering, 21 (2020) 1109–1127.
[14] P. Sanyal, S. K. Dalui, Effect of Corner Modification on ‘Y’ Plan Shaped Tall Building Under Wind Load, Wind and Structures, 30(3) (2020) 245-260.
[15] P. Sanyal, S.K. Dalui, Effects of side ratio for ‘Y’ plan shaped tall building under wind load, Tsinghua University Press and Springer-Verlag GmbH Germany, 14 (2020) 1221–1236.
[16] P. Sanyal, S. K. Dalui, Effects of Internal Angle Between Limbs of “Y” Plan Shaped Tall Building Under Wind Load, Journal of Building Engineering, 33 (2021).
[17] R.L. Panton, Incompressible Flow, 4 ed., John Wiley & Sons, 2013.
[18] D. C. Wilcox., Turbulence Modeling for CFD. DCW Industries, Inc. La Canada, California. (1998).
[19] Ansys Documentation, Fluent, Theory Guide, Turbulence, Standard BSL and SST K-Omega Models
[20]  M. Latifi, A. R. Jahangirian, Solving the flow around cylinders with elliptical cross-sections at different Reynolds numbers, Amir Kabir University of Technology (Tehran Polytechnic), 2019. (In Persian)
[21] E. Achenbach, Distribution of Local Pressure and Skin Friction Around a Circular Cylinder in Cross-Flow Up to Re=5×10^6, J. Fluid Mech., 34 (1968) 625-639.
[22] A. Travin, M. Shur, M. Strelets, P. Spalart, Detached-Eddy Simulations Past a Circular Cylinder, Flow Turbulence and Combustion, 63 (1999) 293-313.
[23] https://mesonet.agron.iastate.edu/sites/dyn_windrose.phtml?station=OIII&network=IR__ASOS
[24] B. R. Ellis, an assessment of the accuracy of predicting the fundamental natural frequencies of buildings and the implications concerning the dynamic analysis of structures, Proceedings of the Institution of Civil Engineers, 69 (1980) 763-776.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 54، شماره 11
بهمن 1401
صفحه 2519-2542

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار