Aerodinamika vozila na mostovima s cestovnim vjetrobranom

diplomski rad

• Naslov (engleski): Vehicle aerodynamics on bridges equipped with roadway wind barriers
• Autor: Tamara Petranović
• Mentor: Hrvoje Kozmar (mentor)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet strojarstva i brodogradnje; Zagreb
• Datum i država obrane: 2020-01-24, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Strojarstvo

Sažetak

Snažni bočni vjetrovi koji pušu na mostovima i vijaduktima mogu dovesti do gubitka dinamičke stabilnosti vozila koja prelaze most. Da bi se omogućio nesmetan i siguran promet čak i u slučajevima nepovoljnih vremenskih uvjeta uzrokovanih snažnim bočnim vjetrom, na mostove se postavljaju zaštitni vjetrobrani. Karakteristike strujanja zraka preko mosta su značajno promijenjene u slučaju postavljanja vjetrobrana različitih visina i poroznosti. U okviru ovog rada ispitan je utjecaj visine vjetrobrana te utjecaj poroznosti vjetrobrana na karakteristike strujanja zraka oko vozila koje se nalazi na mostu. Vjetrobran je postavljen samo na uzvodni rub mosta, a za vozilo je korišten model Ahmedovog tijela koji je u svim simulacijama postavljen na udaljenost 2 m nizvodno od vjetrobrana. Pri računalnim simulacijama korišten je model stacionarnog trodimenzijskog turbulentnog strujanja nestlačivog fluida te k-ω SST model turbulencije sa standardnim zidnim funkcijama.
Dobiveni rezultati ukazuju na značajan utjecaj vjetrobrana na koeficijente tlaka na površini vozila. Manja poroznost vjetrobrana i veća visina vjetrobrana uzrokuju smanjenje koeficijenta tlaka na nastrujavanoj površini vozila. Iako su vrijednosti koeficijenta tlaka na površini vozila za male poroznosti vjetrobrana relativno male, raspodjela vrtložnosti struje zraka sugerira da može doći do povećanih vrijednosti standardnih devijacija aerodinamičkih sila koje djeluju na vozilo.
Karakteristike vjetrobrana imaju bitan utjecaj na raspodjelu brzine strujanja zraka uzvodno od vozila, odnosno u prostoru između vjetrobrana i vozila. Smanjenjem poroznosti vjetrobrana se brzine strujanja zraka u tom području značajno smanjuju. Utjecaj poroznosti vjetrobrana na raspodjelu brzine strujanja zraka u ovom području je značajniji u odnosu na utjecaj visine vjetrobrana.
Aerodinamičke sile i momenti zabilježeni na vozilu su značajno smanjeni kada je vjetrobran postavljen na most. Rezultati dobiveni u okviru ovog rada sugeriraju da je, s obzirom na aerodinamičke sile koje djeluju na vozilo, optimalna visina vjetrobrana 5 m uz njihovu poroznost u iznosu od 30%.

Sažetak (engleski)

Strong cross winds that commonly blow on bridges and viaducts may cause dynamic instabilities of vehicles crossing the bridge. To allow for safe traffic even in the periods of bad weather conditions such as strong cross winds, bridges are equipped with wind barriers. Flow characteristics around the bridge are significantly modified with respect to the wind barrier height and porosity. In the present work, the influence of wind barrier height and porosity on flow characteristics around the vehicle passing the bridge was studied. The wind barrier was placed on the windward bridge-deck edge only, while the Ahmed body was used as a vehicle. It was placed 2 m downwind of the wind barrier. In the computational simulations, the stationary 3D turbulent incompressible flow was modeled together with the k-ω SST turbulence model and standard wall functions.
The obtained results generally show a significant influence of the wind barrier on the pressure coefficients observed on the vehicle surface. Smaller porosity and larger height of the wind barrier causes smaller pressure coefficients on the windward side of the vehicle. Even though the pressure coefficients on the vehicle for the low-porous wind barrier are relatively small, the distribution of the flow vorticity suggests larger values of the standard deviation of the aerodynamic forces acting on the vehicle.
Wind-barrier characteristics proved to have a large influence on the distribution of flow velocity in the area upstream of the vehicle and downstream of the wind barrier. For smaller porosities of the wind barrier, flow velocities in this area are significantly smaller. The influence of the porosity on the distribution of flow velocities in this area is relatively larger compared to the height of the wind barrier.
The aerodynamic forces and moment are generally smaller when the wind barrier is in place. The obtained results suggest that the 5 m high and 30% porous wind barrier is optimal with respect to the aerodynamic forces and moment acting on the vehicle on the bridge.

• Ključne riječi: most; vjetrobran; bočni vjetar; računalne simulacije; aerodinamičke sile i momenti
• Ključne riječi (engleski): bridge; wind barrier; cross-wind; computational simulations; aerodynamic forces and moments
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:962900
• Studijski program: Naziv: Strojarstvo; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: diplomski; Akademski / stručni naziv: magistar/magistra inženjer/inženjerka strojarstva (mag. ing. mech.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2020-01-19 19:59:51