Urban wind at the Gløshaugen campus

Abstract

En modell av Gløshaugen campus skalert 1: 320 ble opprettet for å evaluere vindforholdene på Gløshaugen for å utvikle og validere en numerisk modell. For å undersøke vindforholdene ble det brukt røyk og korn for visualisering av vindforholdene, og trykk, hastighet og turbulensintensitet ble målt over et bredt spekter av steder på tvers av campus ved å bruke tre ulike vind retninger på modellen. Trykket ble målt ved hjelp av en trykkskanner koblet til modellen, og hastigheten og turbulensintensiteten ble målt ved hjelp av en kobrasonde. Stedene målingene ble gjort er basert på steder av tidligere interesse, og et ytterligere antall tilfeldig utvalgte steder ble testet for å gi et variert utvalg for validering av den numeriske modellen.

I alle tilfeller antydde trykkmålingene at vinden stagnerer foran bygningene, og akselererte over taket. Det ble også foreslått fra trykkmålingene at vinden når den nærmer seg høyblokkene ikke var homogen i horisontalretningen. Dette ble også identifisert fra hastighetsprofilene over høyblokkene, noe som betyr at omgivelsene påvirker vindforholdene. Alle vertikale profiler indikerer lave hastigheter og høy turbulensintensitet nær overflaten, og hastigheten øker mens turbulensintensiteten reduseres med høyden. En høyere turbulensintensitet ble observert i større høyder over taket ettersom strømmen beveger seg nedstrøms over tak. Turbulensintensiteten over bygninger i kjølvannet av en annen bygning var sterkt påvirket, og viste høyere intensiteter ved større høyder.

Resultatene fra forsøkene ble sammenlignet med en numerisk modell ved hjelp av forskjellige RANS-modeller for å identifisere hvilken turbulens modell som gir bedre resultater. Det ble funnet at SST k-omega modellen fungerte bedre for å forutsi trykket, og standard k-omega modellen viste bedre enighet enn de andre modellene iforhold til turbulensintensitetsprofilene. Alle turbulens modellene kalkulerte nært samme hastighetsprofiler på alle steder som ble sjekket. Resultatene fra den numeriske modellen var generelt ikke enige med de eksperimentelle resultatene. Det mistankes at innløpsbetingelsene og oppsettet av domenet i den numeriske modellen har en signifikant innvirkning på de numeriske resultatene.

A model of Gløshaugen campus scaled 1:320 was created to evaluate the wind conditions at Gløshaugen and to develop and validate a numerical model. To investigate the wind conditions, smoke and grains were used for visualization of the wind conditions, and pressure, velocity and turbulence intensity were measured over a wide range of locations across campus using three different orientations of the model. The pressure was measured using a pressure scanner connected to the model, and the velocity and turbulence intensity were measured using a cobra probe. The measured locations were based on places of previous interest, and an additional number of randomly selected locations were tested to bring variety for validation of the numerical model.

In all cases the pressure measurements suggested that the wind stagnates in front of the buildings, and is sped up above the roof. It was also suggested from the pressure measurements that the flow approaching the high rises was non homogeneous in the horizontal direction. This was also identified from the velocity profiles above the high rises, meaning that the surroundings has an impact on the wind conditions. All of the vertical profiles indicate low velocities and high turbulence intensity close to the surface, and the velocity increase while the turbulence intensity decrease with height. A higher turbulence intensity was observed at a greater height above the roof as the flow travels downstream over a roof. The turbulence intensity above buildings in the wake of another building was highly impacted, showing higher intensities at greater heights.

The results from the experiments were compared with a numerical model using different RANS models to identify what model performs better. It was found that the SST k-omega model performed better for predicting the pressure, and the standard k-omega model showed better agreement than the other models with the turbulence intensity profiles. All of the turbulence models predicted close to the same velocity profiles at all locations checked. The results from the numerical model did generally not agree well with the experimental results. It is suspected that the inlet conditions and the setup of the domain in the numerical model has a significant impact on the numerical results.