Wind comfort analysis in forested areas

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorGustafsson, Tom
dc.contributor.authorCedercreutz, Max
dc.contributor.schoolPerustieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorStenberg, Rolf
dc.date.accessioned2021-06-20T17:11:40Z
dc.date.available2021-06-20T17:11:40Z
dc.date.issued2021-06-15
dc.description.abstractPedestrian 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.en
dc.description.abstractTuuliviihtyvyysanalyysi 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.fi
dc.format.extent48+7
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/108274
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-202106207532
dc.language.isoenen
dc.programmeMaster’s Programme in Engineering Physicsfi
dc.programme.majorEngineering Physicsfi
dc.programme.mcodeSCI3056fi
dc.subject.keywordCFDen
dc.subject.keywordcanopyen
dc.subject.keywordRANSen
dc.subject.keywordwind comfort analysisen
dc.subject.keywordFEMen
dc.subject.keywordmixing lengthen
dc.titleWind comfort analysis in forested areasen
dc.titleTuuliviihtyvyysanalyysi metsäisillä alueillafi
dc.typeG2 Pro gradu, diplomityöfi
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotDiplomityöfi
local.aalto.electroniconlyyes
local.aalto.openaccessyes

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
master_Cedercreutz_Max_2021.pdf
Size:
5.07 MB
Format:
Adobe Portable Document Format