Wind tunnel model tests of wind action on the chimney with grid-type curtain structure

• Autorzy: Flaga Andrzej , Kłaput Renata , Flaga Łukasz , Krajewski Piotr

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.138050

Warianty tytułu

PL

Badania modelowe oddziaływania wiatru na komin z konstrukcją siatki osłonowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The subject of the wind tunnel tests is a steel chimney 85 m high of cylindrical - type structure with a grid-type curtain structure situated at its upper part. The model of the upper part of the chimney made in the scale of 1:19 was equipped with 3 levels of wind pressure measurement points. Each level contained 24 points connected with pressure scanners. On the base of the pressure measurements, both mean and instantaneous aerodynamic drag and side force coefficients were determined. Next wind gust factors for these two wind action components were determined. Moreover, for each pressure signal Fast Fourier Transform was done. Mean wind action components were also determined using stain gauge aerodynamic balance. Obtained results make possible to conclude that the solution applied in the upper part of the designed chimney is correct from building aerodynamics point of view. Some minor vortex excitations were observed during model tests of the upper part of the chimney. The basic dynamic excitation of this part of the chimney is atmospheric turbulence.

PL

Przedmiotem badań w tunelu aerodynamicznym był stalowy komin wysokości 85 m, o konstrukcji cylindrycznej z umieszczoną w górnej części konstrukcją siatki osłonowej. Model górnej części komina wykonany w skali 1:19 został wyposażony w 3 poziomy punktów pomiarowych ciśnienia wiatru. Każdy poziom zawierał 24 punkty połączone ze skanerami ciśnienia. Na podstawie pomiarów ciśnienia wyznaczono średni i chwilowy współczynnik oporu aerodynamicznego oraz współczynniki siły bocznej. Następnie określono współczynniki porywów wiatru dla tych dwóch składowych działania wiatru. Ponadto dla każdego sygnału ciśnienia wykonano szybką transformację Fouriera. Średnie składowe siły działania wiatru zostały również określone przy użyciu wagi aerodynamicznej. Uzyskane wyniki pozwalają stwierdzić, że rozwiązanie zastosowane w górnej części projektowanego komina jest poprawne z punktu widzenia aerodynamiki budowli. Podczas badań modelowych górnej części komina praktycznie nie zaobserwowano wzbudzeń wirowych. Podstawowym wzbudzeniem dynamicznym tej części komina są turbulencje atmosferyczne.

Słowa kluczowe

EN

model test; steel chimney; grid-type curtain; wind action; wind pressure; determination

PL

badanie modelowe; komin stalowy; kurtyna kratowa; oddziaływanie wiatru; wyznaczanie; ciśnienie wiatru

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 3
• Strony: 177--196
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Flaga Andrzej

• Cracow University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Wind Engineering Laboratory, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-9143-2014

autor

Kłaput Renata

• Cracow University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Wind Engineering Laboratory, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2631-1937

autor

Flaga Łukasz

• Cracow University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Wind Engineering Laboratory, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9650-4913

autor

Krajewski Piotr

• Cracow University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Wind Engineering Laboratory, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2635-7273

Bibliografia

• [1] Zdravkovich M.M., “Review and classification oof various aerodynamic and hydrodynamic means for suppressing vortex shedding”. J.Wind Eng. Ind. Aerodyn., 7(2): pp. 145-189, 1981.
• [2] Arunachalam, S., & Lakshmanan, N. (2015). “Across-wind response of tall circular chimneys to vortex shedding”. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 145, pp. 187-195, https://doi.org/10.1016/j.jweia.2015.06.005.
• [3] Wang, L., & Fan, X. (2019). “Failure cases of high chimneys: A review”. Engineering Failure Analysis, 105, pp. 1107-1117, https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.07.032.
• [4] Vickery, B. J., & Basu, R. I., “The response of reinforced concrete chimneys to vortex shedding”. Engineering Structures, 6(4), pp. 324-333, 1974
• [5] Flaga A., “Wind vortex-induced excitation and vibration of slender structures-single structure of circular crosssection normal to flow”. Monograph No. 202. Cracow University of Technology, Cracow 1996.
• [6] Lipecki, T., & Flaga, A. (2013). “Vortex excitation model. Part I. mathematical description and numerical implementation”. Wind and Structures, 16(5), pp. 457-476.
• [7] Lipecki, T., & Flaga, A. (2013). “Vortex excitation model. Part II. application to real structures and validation”. Wind and Structures, 16(5), pp. 477-490, https://doi.org/10.12989/was.2013.16.5.477.
• [8] Brownjohn, J. M. W., Carden, E. P., Goddard, C. R., & Oudin, G. (2010). “Real-time performance monitoring of tuned mass damper system for a 183 m reinforced concrete chimney”. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 98(3), pp. 169-179, https://doi.org/10.1016/j.jweia.2009.10.013.
• [9] Christensen, R. M., Nielsen, M. G., & Støttrup-Andersen, U. (2017). “Effective vibration dampers for masts, towers and chimneys”. Steel Construction, 10(3), pp. 234-240, https://doi.org/10.1002/stco.201710032.
• [10] Belver, A. V., Ibán, A. L., & Lavín Martín, C. E. (2012). “Coupling between structural and fluid dynamic problems applied to vortex shedding in a 90m steel chimney”. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 100(1), pp. 30-37.
• [11] Verboom, G. K., & van Koten, H. (2010). “Vortex excitation: Three design rules tested on 13 industrial chimneys”. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 98(3), pp. 145-154, https://doi.org/10.1016/j.jweia.2009.10.008.
• [12] Kawecki, J., & Żurański, J. A. (2007). ”Cross-wind vibrations of steel chimneys - A new case history”. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 95(9-11), pp. 1166-1175.
• [13] Lupi, F., Höffer, R., & Niemann, H.-J. (2021). “Aerodynamic damping in vortex resonance from aeroelastic wind tunnel tests on a stack”. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 208, pp. 104-438.
• [14] Lupi, F., Niemann, H.-J., & Höffer, R. (2017). “A novel spectral method for cross-wind vibrations: Application to 27 full-scale chimneys”. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 171, pp. 353-365, https://doi.org/10.1016/j.jweia.2017.10.014.
• [15] Rahman, S., Jain, A. K., Bharti, S. D., & Datta, T. K. (2020). “Comparison of international wind codes for across wind response of concrete chimneys”. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 207, pp. 104-401.
• [16] Ruscheweyh H., “Dynamische Windwirkung an Bauwerken. Band 2: Praktische Anwendungen. Bauverlag”. Wiesbaden und Berlin, 1982.
• [17] Blevins R.D., “Flow-induced vibration. Second edition”. Van Nostrand Reinhold, New York 1990.
• [18] Flaga A., “Wind engineering - fundamentals and applications” (in Polish), Arkady, Warsaw (2008).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).