scholarly journals Evaluation of the dynamic core of the PALM model system 6.0 in a neutrally stratified urban environment: comparison between LES and wind-tunnel experiments

2021 ◽  
Vol 14 (6) ◽  
pp. 3317-3333
Author(s):  
Tobias Gronemeier ◽  
Kerstin Surm ◽  
Frank Harms ◽  
Bernd Leitl ◽  
Björn Maronga ◽  
...  

Abstract. We demonstrate the capability of the PALM model system version 6.0 to simulate neutrally stratified urban boundary layers. Our simulation uses the real-world building configuration of the HafenCity area in Hamburg, Germany. Using PALM's virtual measurement module, we compare simulation results to wind-tunnel measurements of a downscaled replica of the study area. Wind-tunnel measurements of mean wind speed agree within 5 % on average while the wind direction deviates by approximately 4∘. Turbulence statistics similarly agree. However, larger differences between measurements and simulation arise in the vicinity of surfaces where building geometry is insufficiently resolved. We discuss how to minimize these differences by improving the grid layout and give tips for setup preparation. Also, we discuss how existing and upcoming features of PALM like the grid nesting and immersed boundary condition help improve the simulation results.

2020 ◽  
Author(s):  
Tobias Gronemeier ◽  
Kerstin Surm ◽  
Frank Harms ◽  
Bernd Leitl ◽  
Björn Maronga ◽  
...  

Abstract. We present the capability of PALM 6.0, the latest version of the PALM model system, to simulate neutrally stratified urban boundary layers. The studied situation includes a real-case building setup of the HafenCity area in Hamburg, Germany. Simulation results are validated against wind-tunnel measurements of the same building layout utilizing PALM's virtual measurement module. The comparison reveals an overall very high agreement between simulation results and wind-tunnel measurements not only for mean wind speed and direction but also for turbulence statistics. However, differences between measurements and simulation arise within close vicinity of surfaces where the resolution prevents good representation of the inertial sub-range of turbulence. In the end, we give guidance how these differences can be reduced using already implemented features of PALM.


2009 ◽  
Vol 26 (7) ◽  
pp. 1427-1432 ◽  
Author(s):  
M. Thurai ◽  
V. N. Bringi ◽  
M. Szakáll ◽  
S. K. Mitra ◽  
K. V. Beard ◽  
...  

Abstract Comparisons of drop shapes between measurements made using 2D video disdrometer (2DVD) and wind-tunnel experiments are presented. Comparisons are made in terms of the mean drop shapes and the axis ratio distributions. Very close agreement of the mean shapes is seen between the two sets of measurements; the same applies to the mean axis ratio versus drop diameter. Also, in both sets of measurements, an increase in the oscillation amplitudes with increasing drop diameter is observed. In the case of the 2DVD, a small increase in the skewness was also detected. Given that the two sets of measurements were conducted in very different conditions, the agreement between the two sets of data implies a certain “robustness” in the mean shape of oscillating drops that may be extended to natural raindrop oscillations, at least in steady rainfall and above the surface layer.


1999 ◽  
Vol 121 (3) ◽  
pp. 150-155 ◽  
Author(s):  
F. Rasmussen ◽  
J. T. Petersen ◽  
H. A. Madsen

Riso̸ has developed a dynamic stall model that is used to analyze and reproduce open air blade section measurements as well as wind tunnel measurements. The dynamic stall model takes variations in both angle of attack and flow velocity into account. The paper gives a brief description of the dynamic stall model and presents results from analyses of dynamic stall measurements for a variety of experiments with different airfoils in wind tunnel and on operating rotors. The wind tunnel experiments comprises pitching as well as plunging motion of the airfoils. The dynamic stall model is applied for derivation of aerodynamic damping characteristics for cyclic motion of the airfoils in flapwise and edgewise direction combined with pitching. The investigation reveals that the airfoil dynamic stall characteristics depend on the airfoil shape, and the type of motion (pitch, plunge). The aerodynamic damping characteristics, and thus the sensitivity to stall induced vibrations, depend highly on the relative motion of the airfoil in flapwise and edgewise direction, and on a possibly coupled pitch variation, which is determined by the structural characteristics of the blade.


2004 ◽  
Vol 38 ◽  
pp. 71-78 ◽  
Author(s):  
James N. McElwaine ◽  
Norikazu Maeno ◽  
Konosuke Sugiura

AbstractIn wind transport of snow, horizontal momentum is extracted from the mean wind flow and transferred to the snow grains. Upon colliding with the surface the grains can bounce and eject further grains in a process known as splashing. How efficiently the horizontal momentum is converted to vertical momentum in the splash process is the determining factor for mass-transport rates. This paper discusses wind-tunnel experiments performed to calculate the splash function for snow particles. The data are used to develop a new splash function. Particular care is taken to include correlations in the data such as between ejection velocity and ejection angle. The new splash function includes these correlations, and its parameters are related to physical properties of the bed and snow.


2009 ◽  
Vol 01 (01) ◽  
pp. 177-196 ◽  
Author(s):  
S. LAIZET ◽  
J. C. VASSILICOS

This paper presents a brief but general introduction to the physics and engineering of fractals, followed by a brief introduction to fluid turbulence generated by multiscale flow actuation. Numerical computations of such turbulent flows are now beginning to be possible because of the immersed boundary method (IBM) and terascale parallel high performance computing capabilities. The first-ever direct numerical simulation (DNS) results of turbulence generated by fractal grids are detailed and compared with recent wind tunnel measurements.


2011 ◽  
Vol 60 (1) ◽  
pp. 87-102 ◽  
Author(s):  
Andrea Farsang ◽  
József Szatmári ◽  
Gábor Négyesi ◽  
Máté Bartus ◽  
Károly Barta

Összefoglalva megállapítható, hogy nagyobb szélsebesség hatására több talajanyag erodálódott, és ezzel együtt megnőtt az áthalmozott tápanyag mennyisége is. Minden vizsgált szélsebesség esetében a szélerózió következtében 3–7%-kal megnőtt az 1 mm és annál nagyobb szemcsék, illetve aggregátumok aránya a kiindulási talajanyag felső 0–1 cm-es rétegében. A finomabb szemcse-, illetve aggregátum-átmérők esetén a fújatást követően csökkenést tapasztaltunk. A leginkább a 315 μm és az annál kisebb szemcsék aránya csökkent, átlagosan 1–2%-kal. A minták kémiai és fizikai elemzéseiből megállapítható, hogy a láda utáni humuszosabb, aggregátumosabb szerkezetű minták N-tartalma nagyobb, mint az alapmintáé. A fogók mintáiban nem tapasztaltunk feldúsulást egy vizsgált elem esetében sem, a fogókban összegyűlt talajanyag kálium- és foszfortartalma is kisebb volt, mint az alapmintáé. Ennek oka, hogy az itt csapdázódott üledékben kisebb a tápanyag-megkötődés helyéül szolgáló leiszapolható rész aránya, mint a kiindulási talajanyagban. A vizsgálatainkból látszik, hogy a szélerózió hatására a lebegtetve, illetve ugráltatva áthalmozott talajszemcsékkel és aggregátumokkal szállított humusz 500–3500 kg/ha nagyságrendben mozoghat a vizsgált csernozjom területen akár egyetlen szélesemény hatására is. A kálium-áthalmozódás mértéke elérheti a 100 kg/ha értéket, a foszforé a 70 kg/ha-t, a nitrogénveszteség mértéke pedig akár 200–300 kg/ha is lehet egy szélesemény alkalmával. E tápanyagmennyiség nagy része több száz méter, de akár kilométeres távolságokra is távozhat a területről. Az általunk végzett szélcsatornás vizsgálatok eredményei becslésnek tekinthetők, hiszen vizsgálatunk során növénymaradvány-mentes, szitált és légszáraz talajanyaggal dolgoztunk. A szitálás eredményeként csupán a 2 mm-es és annál kisebb aggregátumok maradtak meg, ami azonban az intenzív művelés alá vont, porosodott, leromlott szerkezetű talajfelszín körülményeit jól közelíti. Ugyanakkor a természetben zajló széleróziós eseményeknek a szélcsatorna-kísérlet csak leegyszerűsített modellváltozata, hiszen az általunk szimulált szélesemények 15 percig tartottak, s nem tudtunk széllökéseket előállítani, melyek a széleróziós események alakulásában nagy jelentőségűek. Ennek tudatában kell a kapott eredményeket értékelni, mégis érdemes velük foglalkozni. A terepi mérésekkel szemben a szélcsatornában végzett vizsgálatoknak éppen az a legfontosabb előnye, hogy ellenőrzött, kontrollált körülmények között végezzük a méréseket, így rengeteg olyan szempontot meg tudunk vizsgálni, amit terepi mérésekkel lehetetlen lenne. Ilyen szempontok a pontos szélsebesség és szélirány hatása, az erodált felület nagysága és tulajdonságai. Kutatásunk következő lépése a szélcsatornás kísérletekkel vizsgált mintaterületeken terepi, mobil szélcsatornás vizsgálatok végzése, valamint terepi üledékcsapdák elhelyezésével a valós szélesemények által elszállított talaj mennyiségének és minőségének meghatározása. Célunk mind pontosabb képet alkotni a hazai jó minőségű csernozjom talajok szélerózió okozta tápanyagveszteségének mértékéről. A mezőgazdasági művelés alatt álló csernozjom területek feltalajában a tápanyag és szerves anyag szélerózió útján történő mozgási törvényszerűségeinek feltárása több szempontból is hasznos: segítséget jelent a területi tervezésben, a defláció szempontjából optimális területhasználat és művelési módok meghatározásában. Képet kapunk arról, hogy a legnagyobb gazdasági potenciállal rendelkező termőtalajunk milyen veszélyeknek van kitéve, s hogy a nem megfelelő időben, nem megfelelő nedvességviszonyok mellett történő talajművelés következtében kialakuló szerkezetromlás (porosodás) miatti deflációs károk milyen tápanyagveszteséggel járhatnak együtt.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document