Investigations of Strouhal numbers of iced cable models of cable-supported bridges with respect to angle of wind attack

• Autorzy: Górski P. , Tatara M. , Pospišil S. , Kuznetsov S. , Marušić A.

Identyfikatory

DOI

10.4467/2353737XCT.15.147.4184

Warianty tytułu

PL

Badania liczb Strouhala modeli oblodzonych cięgien mostów podwieszonych z uwzględnieniem kąta natarcia wiatru

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The influence of the ice accretion, angle of attack and Reynolds number on the flow field around iced cables of cablesupported bridges is not clearly understood. The Strouhal number is one of the most important parameters which is necessary for an analysis of the vortex excitation response of slender structures. This paper presents the method and results of wind tunnel investigations of the Strouhal number of stationary iced cable models of cable-supported bridges. The investigations were conducted in a climatic wind tunnel laboratory of the Czech Academy of Sciences in Telč. The methodology leading to the experimental icing of the inclined cable model in the climatic section of the laboratory was prepared. The shape of the ice on the cable was registered by photogrammetry and numerical evaluation. For the aerodynamic investigations, the iced cable model in a smaller scale was reproduced using a 3D printing procedure. The Strouhal number was determined within the range of the Reynolds number between 2.4·10⁴ and 16.4·10⁴, based on the dominant vortex shedding frequency measured in the flow behind the model. The model was orientated at three principal angles of wind attack for each of the Reynolds number values. In order to recognize the tunnel blockage effect, the Strouhal number of a smooth circular cylinder was tested. Strong agreement with the generally reported value in the subcritical Reynolds number range for a circular cylinder was obtained.

PL

Wpływ oblodzenia, kąta natarcia wiatru i liczby Reynoldsa na zjawisko opływu powietrza wokół oblodzonych cięgien mostów podwieszonych nie został dotychczas dobrze poznany. Liczba Strouhala jest jednym z ważniejszych parametrów, którego znajomość jest niezbędna na etapie analizy odpowiedzi smukłych konstrukcji na wzbudzenie wirowe. W artykule przedstawiono sposób i wyniki badań liczby Strouhala nieruchomych modeli oblodzonych cięgien mostów podwieszonych. Badania wykonano w tunelu aerodynamicznym z komorą klimatyczną Laboratorium Czeskiej Akademii Nauk w Telč. W komorze klimatycznej wykonano doświadczalne oblodzenie modelu cięgna o osi nachylonej pod kątem 30° do płaszczyzny poziomej. Kształt oblodzonej powierzchni zarejestrowano metodą fotogrametrii cyfrowej. Do badań w tunelu aerodynamicznym wykonano nowy model sekcyjny oblodzonego cięgna metodą druku 3D. Liczbę Strouhala wyznaczono w zakresie wartości liczby Reynoldsa od 2,4·10⁴ do 16,4·10⁴ na podstawie pomiaru częstości odrywania się wirów w śladzie aerodynamicznym za modelem. Badania wykonano przy trzech podstawowych kierunkach napływającego powietrza. W celu określenia wpływu zjawiska blokowania tunelu na wyniki pomiarów wykonano badanie liczby Strouhala gładkiego walca kołowego. Otrzymane wartości były zgodne z wartościami podanymi w literaturze przedmiotu w zakresie podkrytycznym liczby Reynoldsa.

Słowa kluczowe

EN

bridge cable; ice accretion; Strouhal number; angle of attack; vortex shedding frequency

PL

cięgno; oblodzenie; liczba Strouhala; kąt natarcia; częstość wzbudzenia wirowego

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Budownictwo
• Rocznik: 2015
• Tom: Y. 112, iss. 2-B
• Strony: 417--432
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., il.,wz., wykr.

Twórcy

autor

Górski P.

• Department of Road and Bridges, Opole University of Technology, Poland

autor

Tatara M.

• Department of Road and Bridges, Opole University of Technology, Poland

autor

Pospišil S.

• Institute of Theoretical and Applied Mechanics, Academy of Sciences of the Czech Republic, Czech Republic

autor

Kuznetsov S.

• Institute of Theoretical and Applied Mechanics, Academy of Sciences of the Czech Republic, Czech Republic

autor

Marušić A.

• Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, University of Zagreb, Croatia

Bibliografia

• [1] Demartino C., Koss H.H., Georgakis C.T., Ricciardelli F., Effects of ice accretion on the aerodynamics of bridge cables. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 138, 2015, 98-119.
• [2] Eurocode 1, Action on structures – part 1-4: General action – Wind action, 2009.
• [3] Flaga A., Inżynieria wiatrowa. Arkady, Warszawa 2008.
• [4] Flaga A., Mosty dla pieszych, WK Ł, Warszawa 2011.
• [5] Flaga A., Michałowski T., Zagadnienia aerodynamiki cięgien w mostach podwieszonych, Inżynieria i Budownictwo, Vol. 6, 1997, 316-321.
• [6] Gjelstrup H., Georgakis C.T., A quasi-steady 3 degree-of-freedom model for the determination of the onset of bluff body galloping instability, Journal of Fluids and Structures, Vol. 27, 2011, 1021-1034.
• [7] Gjelstrup H., Georgakis C.T., Larsen A., An evaluation of iced bridge hanger vibrations through wind tunnel testing and quasi-steady theory, Wind and Structures, Vol. 15(5), 2012, 385-407.
• [8] Gurung C.B., Yamaguchi H., Yukino T., Identification of large amplitude wind-induced vibration of ice accreted transmission lines based on field observed data. Engineering Structures, Vol. 24, 2002, 179-188.
• [9] Hartog J.P.D., Transmission-line vibration due to sleet, Institute of Electrical Engineers, Vol. 51, 1932, 1074-1086.
• [10] http://cet.arcchip.cz/wind-laboratory-en (online: 07.2014).
• [11] http://www.toledoblade.com/gallery/Ice-closes-Skyway (online: 07.2014).
• [12] Koss H., Gjelstrup H., Georgakis C.T., Experimental study of ice accretion on circular cylinders at moderate low temperatures, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 104-106, 2012, 540-546.
• [13] Makkonen L., Modelling power line icing in freezing precipitation, Atmospheric Research, Vol. 46, 1998, 131-142.
• [14] Zdero R., Turan O.F., The effect of surface strands, angle of attack, and ice accretion on the flow field around electrical power cables, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 98, 2010, 672-678.
• [15] Zdravkovich M.M., Flow around circular cylinders, Volume 1: Fundamentals, Oxford University Press, USA, Oxford 1997.
• [16] Zhitao Y., Zhengliang L., Eric S., William E.L., Galloping of a single iced conductor based on curved-beam theory, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 123, 2013, 77-87.

Uwagi

EN

This work was created with support from project no. LO1219 under the Ministry of Education, Youth and Sports National sustainability programme 1, and partially with the support from project No. FR-TI3/654 under the Ministry of Industry and Trade. Marcin Tatara is a scholar of a project 'PhD Scholarships - investment in the scientific staff Opole Voivodeship II' co-funded by the European Union within the European Social Fund.