Wind comfort analysis in forested areas
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2021-06-15
Department
Major/Subject
Engineering Physics
Mcode
SCI3056
Degree programme
Master’s Programme in Engineering Physics
Language
en
Pages
48+7
Series
Abstract
Pedestrian wind comfort analysis is well established in urban environments, sometimes also including the effects of individual trees or even parks, but its application to rural, forested environments is much less so. In this study, we propose a fully automated approach for performing wind analysis in rural environments, with the aim of enabling its use in architectural decision making problems. To this effect a finite element method (FEM) based implementation of a Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) simulation with a modified mixing length one-equation turbulence model with canopy terms is developed using the open source library FEniCS. In order to minimize manual work, a workflow for automatically generating the geometry was devised using Gmsh and open source data provided by Cetopo. The model was used to simulate south-westerly winds on an island in the Finnish archipelago, with four different forest configurations, representing a situation of architectural decision making, where the effects on wind comfort of clearing forest on the island is considered. The results showed good agreement with experience, and indicated that the model could indeed be used to provide insights into wind environments. Further study would be required to ascertain the limits of the applicability and reliability of the model. The one-equation model proved stable, and conformed relatively well to results from more advanced models found in the literature.Tuuliviihtyvyysanalyysi jalankulkijatasolla on perusteellisesti tutkittu aihe kaupunkialueiden osalta, ja nämä tutkimukset huomioivat joskus rakennuksien lisäksi myös yksittäiset puut, tai jopa kokonaiset puistot, mutta vastaavaa tutkimusta maaseutumaisissa, metsien hallitsemissa maisemissa ei juurikaan ole tehty. Tässä tutkimuksessa kehitämme täysin automatisoidun menetelmän tuulianalyysien tuottamiseen metsäisille alueille, tavoitteena tukea päätöksentekoa arkkitehtuurissa ja maisemasuunnittelussa. Tähän tarkoitukseen kehitettiin elementtimenetelmällä toteutettu Reynolds averaged Navier-Stokes simulaatio. Simulaatiossa käytettiin mixing-length yhden yhtälön turbulenssimallia latvustolisäyksillä, ja se toteutettiin avoimen lähdekoodin FEniCS kirjastoa käyttäen. Manuaalisen työn minimoimiseksi mallin käyttämä geometria tuotettiin Cetoposta saadulla datalla, ja diskretoitiin Gmsh ohjelman avulla automaattisesti. Mallia käytettiin lounastuulien mallintamiseen neljälle eri maisemointiskenariolle Koiluodonouri saarelle Suomen saaristossa. Kokeen tarkoitus on kuvata maisemasuunnittelutilannetta, jossa mietitään metsän kaatamisen seurauksia tontin viihtyvyydelle tuulisuuden kannalta. Tulokset mukailevat hyvin kokemukseen perustuvia havaintoja, ja malli vaikuttaa tuottavan arvokasta tietoa tuuliympäristöistä matalalla kynnyksellä. Jatkotutkimus olisi tarpeellista mallin luotettavuuden ja rajojen varmistamiseksi. Käyttämämme turbulenssimalli osoittautui vakaaksi, ja mukaili kohtuullisen hyvin muiden tutkimuksien kehittyneemmillä malleilla tuottamia tuloksia.Description
Supervisor
Stenberg, RolfThesis advisor
Gustafsson, TomKeywords
CFD, canopy, RANS, wind comfort analysis, FEM, mixing length