Farklı çatı tipleri ve eğimlerindeki binalar üzerinde rüzgar etkilerinin deneysel ve teorik incelenmesi
Experimental and theoretical investigation of the wind effects on buildings with different roof types and slopes
Yazar: YÜCEL ÖZMEN
Danışman: PROF. DR. ERTAN BAYDAR
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, binaları hasara uğratabilen rüzgar yüklerinin araştırılması amacıyla,değişik tipte ve değişik çatı eğimlerine sahip bina modelleri etrafındaki akış alanlarıdeneysel ve teorik olarak incelenmiştir.Çalışmanın deneysel kısmı rüzgar tünelinde modellenen atmosferik sınır tabakaakışında gerçekleştirilmiştir. Bu akışın modellenmesinde bariyer, eliptik girdap üreticilerve pürüzlülük elemanları kombinasyonu kullanılmış ve 15 m/s'lik serbest akış hızında, 150mm yüksekliğinde bir sınır tabaka oluşturularak, 0Â°, 15Â°, 30Â° ve 45Â° çatı eğimlerindekibina modelleri etrafındaki akış alanlarında akış görüntüleme, hız ve yüzey basıncıölçümleri yapılmıştır. Akış görüntülemede, yağ ve parafin buharı teknikleri kullanılmıştır.Çatı üzerinde yoğun olmak üzere, kızgın tel anemometre sistemi ile akışın ortalama veçalkantı hızları ölçülerek hız dağılımları elde edilmiş, referans sınır tabakadaki hızçalkantıları ile çatı üzerindeki hız çalkantıları arasındaki korelasyon araştırılmış ve tersakış bölgeleri dışında % 50 oranında korelasyon bulunmuştur. Yüzey basınçlarınınortalama ve çalkantı değerlerinin ölçümleri, değişik çatı geometrileri, farklı saçak tipleri vefarklı rüzgar yönlerine göre daha ayrıntılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Çatı yüzeylerindeölçülen ortalama ve çalkantı basınç dağılımlarına göre, kritik çatı eğimi 15Âº, kritik rüzgargeliş açısı ise 45Âº olarak belirlenmiştir. Çatı yüzeylerinde basıncın negatif pik değerleraldığı bölgelere yerleştirilen spoiler benzeri elemanların, bu bölgelerde meydana gelenemme yükünü % 50 ye varan bir oranda azalttığı görülmüştür.Çalışmanın teorik kısmında, FLUENT paket programı ile akış alanlarının ikiboyutlu sayısal çözümleri elde edilmiş, sayısal çalışmada kullanılan türbülans modellerininperformansları değerlendirilmiş ve deneysel sonuçlarla karşılaştırıldığında; Realizable k-epsilon modelin, hız alanlarının hesaplanmasında; Standard k-omega modelin ise, yüzeybasınçlarının hesaplanmasında birbirlerine göre biraz daha iyi sonuçlar verdiğigörülmüştür.

Abstract:
In this study, flow fields around roof models, which are in different types andslopes have been investigated experimentally and theoretically in order to search the windloads that can damage the buildings.The experimental part of the study was carried out in an atmospheric boundarylayer that is modeled in the wind tunnel. Atmospheric boundary layer was simulated withcombination of barrier, elliptic vortex generators and elements of roughness and at 15 m/swind velocity, a 150 mm height boundary layer is formed and flow visualization, velocityand surface pressure measurements are done at the flow fields around building modelswhich have four different roof slopes as 0Âº, 15Âº, 30Âº and 45Âº. For flow visualization oil andparaffin vapour techniques were used. Then, mean velocity and turbulence components onthe roof models were measured with hot-wire anemometry system. The correlationbetween atmospheric turbulence and wind-induced turbulence was investigated and acorrelation was obtained around % 50 level except for reverse flow region. For variousroof geometries, eaves types and wind direction the mean and fluctuating surface pressureswere measured in more detail. According to mean and fluctuating surface pressuremeasurements on the roof models, the critical roof slope and wind direction were found as15Âº and 45Âº respectively. It is observed that, the spoiler elements placed at the criticalnegative peak pressure regions on the models have decreased suction effect on thoseregions up to % 50 level.In the theoretical part of the study, 2D numerical solutions in flow fields wereobtained using FLUENT commercial package. In the numerical studies, the performancesof turbulence models were evaluated and when compared with experimental data, it wasseen that Realizable k-epsilon at the prediction of velocity fields and Standard k-omegamodel at the prediction of surface pressures have more precise results.