Bridge windshield design to avoid aeroelastic phenomena

Since in 1940 the Tacoma Narrows Bridge was destroyed by the wind, aeroelastic instabilities have been recognized as one of the most challenging aspects of bridge design. They can produce long-term fatigue failure through vortex induced vibrations, or sudden collapse through self-excited flutter. These vibrations may also cause discomfort for the users and temporary closure of the bridge. Wind tunnel studies are a very helpful tool to understand these phenomena. By means of them, the critical wind speed at which vortex induced vibration and flutter appear can be precisely determined and the design of the bridge can be reconsidered in the early steps of the process. In this paper, an optimum design of the bridge section is sought. One of the most relevant parameters that influence the stability of a certain deck is the porosity of the barriers. Section model tests have been carried out to find whether an optimum value of the porosity of the barrier exists. This value or range of values must present neither vortex induced vibration nor flutter

Instalaciones de aerodinámica experimental para ingeniería civil de la Universidad Politécnica de Madrid

Los túneles para ensayos aerodinámicos (túneles de viento en su traducción literal del inglés), son instalaciones ampliamente utilizadas para determinar las acciones del viento sobre cuerpos, sean éstos aeronáuticos o no. En cada caso los requisitos de diseño son muy distintos, y debido sin duda a lo más relajado de las condiciones de ensayo en el caso de cuerpos no aeronáuticos (aerodinámica civil), existen muchas más instalaciones para ensayos de aerodinámica civil que aeronáutica. Las instalaciones de ensayos aerodinámicos de la Universidad Politécnica de Madrid, ubicadas en IDR/UPM, constituyen un centro de referencia para la industria española, tanto para ensayos estáticos (cargas de viento sobre edificaciones) como dinámicos (estudios aeroelásticos de cuerpos no fuselados), con más de sesenta ensayos realizados en los últimos cinco años. En esta comunicación se presentan las ideas básicas que han determinado el diseño y construcción de los túneles aerodinámicos de la UPM (en la actualidad hay cinco en servicio) y se describen algunas de estas instalaciones, empleadas en trabajos para la industria y para las administraciones públicas y en programas internos de investigación y desarrollo, tal es el caso del estudio de torbellinos cónicos en cubiertas de edificios bajos o de las instabilidades de galope y de calle de torbellinos

Túneles aerodinámicos para ensayos de medida de cargas de viento en edificios

Es una realidad que la mejora de las propiedades mecánicas de los materiales utilizados en la edificación, junto con la incorporación de nuevos materiales y la adopción de nuevas técnicas de construcción, permite que las edificaciones sean cada día más sofisticadas y audaces. A lo anterior hay que añadir que existe una tendencia a construir edificios de carácter emblemático, y debido al carácter singular de muchas de estas edificaciones, de formas muy alejadas de las que se recogen en la normas de cálculo de cargas de viento, resulta complicado estimar con fiabilidad las cargas aerodinámicas sobre las mismas. Por esta razón hay cada vez más construcciones en las que las cargas del viento (estáticas y dinámicas) juegan un papel importante, y ocurre así que el viento, un factor secundario en la construcción tradicional, es ahora determinante a la hora de evaluar las cargas de diseño sobre bastantes construcciones. Cuando se dan estas circunstancias de incertidumbre sobre la acción del viento, el proceso de diseño debe avanzar sometido al riesgo que supone el desconocimiento de las cargas de viento, lo que conlleva aplicar factores de seguridad exagerados que pueden desembocar en diseños en extremo conservadores, o bien intentando determinar con más precisión las cargas aerodinámicas, para lo que hay que acudir, normalmente, a ensayos con modelos a escala en túneles aerodinámicos. Los túneles aerodinámicos son pues instrumentos cuya finalidad es suministrar información sobre las particularidades del viento en las proximidades del edificio en consideración, proveer información sobre la distribución de presión en las superficies externas del mismo y sobre las cargas globales producidas por el viento y, si la estructura es flexible y susceptible de experimentar fenómenos aeroelásticos, proporcionar los datos necesarios sobre efectos dinámicos inducidos por el viento. La Universidad Politécnica de Madrid posee varias instalaciones para medidas de cargas de viento que proporcionan servicios de ensayos aerodinámicos dentro de un amplio espectro, que se extiende desde la medida de las cargas del viento sobre vehículos (aeronaves, automóviles, trenes, vehículos marinos), y construcciones (edificios singulares, puentes, estadios deportivos, etc.), hasta aplicaciones agrícolas (barreras cortavientos para protección de cultivos o para protección de entornos habitados, estelas de edificios y montes), y domésticas (ventilación natural de casas y factorías industriales, apantallamientos, y un largo etcétera), habiéndose realizado hasta la fecha más de cien ensayos para empresas nacionales y extranjeras. En esta comunicación se describe en primer lugar la configuración típica de un túnel aerodinámico para aplicaciones no aeronáuticas, a continuación se detallan las condiciones que permiten asegurar la validez de los ensayos en túnel como fuente de conocimiento para las cargas de viento. También se presentan las instalaciones de ensayos de la Universidad Politécnica de Madrid, tanto las que ya están en funcionamiento como las que están en construcción, de inminente entrada en servicio, y por último se presentan algunos ejemplos de ensayos en túnel representativos. 1.- Introducción Un túnel aerodinámico (o túnel de viento en su traducción literal del inglés) e

Mixed CFD-1D wind turbine diffuser design optimization

A method to design a diffuser augmented wind turbine (DAWT) is proposed, using as a guiding point the optimal pressure drop at the turbine. The use of concepts and expressions derived from a 1D analytic model helped to reduce the number of computational fluid dynamics simulations needed to find the optimal configuration. The proposed configuration can extract energy from the flow with the same efficiency as the state-of-the-art shrouded wind turbine (SWT) configurations but generating a significantly smaller wake, which makes this configuration a good candidate for wind farms or tidal applications. Furthermore, as a product of the 1D model, universal curves for the power coefficient have been obtained, as a function of the thrust coefficient, or disk loading, which have been compared with numerical and experimental results, showing a good agreement. Finally, the maximum ideal power coefficient has been found for a given configuration, which helps to estimate the margin for improvement of an actual design

Obtaining cloud top height from WRF model vertical profiles: application to the EUSO program

The objective of the Extreme Universe Space Observatory (EUSO) program is detection and measurement of high-energy particles that reach earth?s atmosphere from space. Clouds at mid and upper levels of the troposphere can interfere with such detection. Therefore, determining cloud top height with high accuracy is crucial to estimating the effect of clouds on these measurements.With this aim, we developed a method to extract that height using cloud temperature via vertical profiles predicted by the WRF model

The atmospheric science of JEM-EUSO

An Atmospheric Monitoring System (AMS) is critical suite of instruments for JEM-EUSO whose aim is to detect Ultra-High Energy Cosmic Rays (UHECR) and (EHECR) from Space. The AMS comprises an advanced space qualified infrared camera and a LIDAR with cross checks provided by a ground-based and airborne Global Light System Stations. Moreover the Slow Data Mode of JEM-EUSO has been proven crucial for the UV background analysis by comparing the UV and IR images. It will also contribute to the investigation of atmospheric effects seen in the data from the GLS or even to our understanding of Space Weather

Experimental study of the effect of the reduced frequency in the airfoil's aerodynamic characteristics

The aim of this research is to describe a dynamic system developed to analyse the characteristics of airfoils immersed in an unsteady flow, being able to reproduce different movement including coupled bending and torsion. Using an airfoil model with pressure taps, NACA 0015 was analysed in two cases: bending motion and flutter, both with a reduced frequency of 0.086. The hysteresis loops of both cases are presented. An outstanding different of c1 and cd was observed depending on whether the effective angle of attack was increased or decreased. The need to create a catalogue of airfoils in unsteady regime is revealed

Aeroelastic stability of a bridge section with an optimized structural configuration

Sectional tests have been performed in a bridge section with an optimized structural configuration. This configuration has been found to be instable at low velocities, suffering both vortex induced vibration (VIV) and flutter. Several relevant parameters of the bridge section and the upcoming flow have been studied, such as the angle of attackof the bridge section, the turbulence of the upcoming flow, the porosity of a central gap and the presence or absence of lower beam. All of them have been found to influence the stability in bending and torsion.In a second campaign, the outer barriers have been removed, but no positive impact has been found

A procedure for calibrating the spinning ultrasonic wind sensors

The accuracy of wind speed and direction measurements with spinning ultrasonic wind sensors is important than ever in today ? s wind industry in which, they are usually installed on the hub of the wind turbines to measure the wind speed and direction for optimized power. In this paper, extensive wind-tunnel tests have been performed to calibrate the wind speed and direction measured by a spinning single-axis ultrasonic anemometer for both static and spinning conditions. This has been carried out with static measures at various stationary angles of trans- ducers signal path with wind direction, and with dynamic measures in which the anemometer is rotating with various rotational speeds. The velocity measured by ultrasonic anemometer in static tests is calibrated with pitot- tube data, and the interpolation of obtained calibration coe ffi cients is used to correct the ultrasonic velocity measured in dynamic tests. It is observed that the calibrated ultrasonic wind speed measurements in dynamic tests are in a good agreement with the reference velocity. According to the results, the ultrasonic velocity measurements in both static and dynamic tests are a ff ected by the transducers head distortions, and the shifting in acoustic pulse trajectory due to the rotational motion does not a ff ect the anemometer measurements. The uncertainty of the calibration process for the spinning tests was found to be about 0.3

Wind tunnel applications in wind engineering

Diseño y cálculo estructural de obras civile