우리나라는 경제성장을 통해 산업화 및 도시화가 급격하게 진행되었고, 고층빌딩 등 인공구조물의 수가 기하급수적으로 증가하였다. 수많은 건물의 건축과 밀집을 통해 건물협곡이 형성되었으며, 건물협곡 및 주변영역에서 풍속 및 풍향 등 바람장의 변화가 이루어지고, 특정 조건에 따라 기류가 급격하게 바뀌어 소용돌이 등이 발생하여 건축물과 보행자들에게 피해를 입히기도 한다. 건물주변의 바람은 일반적으로 본연의 성질과 장애물 등 다양한 인자의 영향을 받는다. 따라서 장애물 외관비에 따른 바람의 흐름과 순환에 관한 연구가 이루어져야 하며, 소용돌이의 발달 및 분리, 2차 소용돌이 형성 등에 관한 심층적인 분석이 필요하다. 본 연구에서는 ...
우리나라는 경제성장을 통해 산업화 및 도시화가 급격하게 진행되었고, 고층빌딩 등 인공구조물의 수가 기하급수적으로 증가하였다. 수많은 건물의 건축과 밀집을 통해 건물협곡이 형성되었으며, 건물협곡 및 주변영역에서 풍속 및 풍향 등 바람장의 변화가 이루어지고, 특정 조건에 따라 기류가 급격하게 바뀌어 소용돌이 등이 발생하여 건축물과 보행자들에게 피해를 입히기도 한다. 건물주변의 바람은 일반적으로 본연의 성질과 장애물 등 다양한 인자의 영향을 받는다. 따라서 장애물 외관비에 따른 바람의 흐름과 순환에 관한 연구가 이루어져야 하며, 소용돌이의 발달 및 분리, 2차 소용돌이 형성 등에 관한 심층적인 분석이 필요하다. 본 연구에서는 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 모델을 이용하여, 건물협곡 폭(Width, W)의 변화에 따른 지표흐름 유형별 건물협곡 내의 벡터장의 특징을 재현하였고, 건물길이(Length, L) 및 건물높이(Height, H)의 변화에 따른 건물협곡에서의 대칭수평소용돌이와 연직소용돌이의 형성과 발달 양상에 대한 민감도 수치실험을 진행하였다. 동일한 두 개의 건물 사이의 협곡너비를 기준으로 L/W 및 H/W의 비가 각각 1.0∼7.0까지의 경우에 대한 수치실험을 수행한 결과, L/W 민감도 수치실험의 경우 L/W=2.5까지는 바람이 양측 측면에서 유입되어 시계방향과 반시계 방향의 대칭적인 수평 소용돌이가 형성 및 유지되었다. 그러나 L/2 지점 부근에서 벡터의 크기 약화 및 방향 변화의 조짐이 보이기 시작했으며, L/W=3.0 이상에서 1차 소용돌이가 분리되면서 건물협곡의 중심부 쪽에서 2차 역회전 수평소용돌이가 생성 및 성장하는 양상을 보였다. H/W 민감도 수치실험의 경우, H/W=2.0까지는 건물 위쪽으로부터 유입되는 바람에 의해 시계방향으로 회전하는 전형적인 건물협곡에서의 연직소용돌이의 형성을 볼 수 있었다. 그러나 H/W=2.5의 경우에는 건물협곡의 바닥 부근에서 풍하측 건물 쪽으로의 벡터방향의 변화가 시작되는 것이 감지되었고, 이는 H/W=3.0의 경우에 더욱 뚜렷해 졌다. H/W=3.5 이상에서는 건물협곡 하층부에서 처음 형성된 1차 소용돌이와 반대방향으로 회전하는 2차 역회전 소용돌이가 생성되었으며, 이에 따라 1차 소용돌이는 건물협곡의 상층 유입부에 위치하면서 크기가 점차 감소하였고 2차 소용돌이의 크기는 건물이 높아질수록 하층부에서 성장하는 경향을 보였다. 심지어, H/W=5.0 이상의 경우에서는 3차 소용돌이가 형성 및 성장하였으며, 이에 따라 1차 및 2차 소용돌이는 크기가 비슷하게 유지되는 경향을 보였다. 따라서 건물협곡 내에서 발달하는 연직소용돌이는 건물의 고층화에 따라 소용돌이 영역의 증가와 함께 2차 및 3차 소용돌이의 생성을 야기하였고, 건물협곡 내의 전체적인 연직소용돌이는 S자 형태의 발달패턴을 보임을 알 수 있었다. 이러한 연구결과는 건물협곡 내의 소용돌이 발달로 인한 오염물질의 유동과 정체현상의 해석이나 고층건물 밀집지역 등에서 발생할 수 있는 돌발적인 상승 및 하강기류에 따른 안전사고 영향평가 등에 있어서 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
우리나라는 경제성장을 통해 산업화 및 도시화가 급격하게 진행되었고, 고층빌딩 등 인공구조물의 수가 기하급수적으로 증가하였다. 수많은 건물의 건축과 밀집을 통해 건물협곡이 형성되었으며, 건물협곡 및 주변영역에서 풍속 및 풍향 등 바람장의 변화가 이루어지고, 특정 조건에 따라 기류가 급격하게 바뀌어 소용돌이 등이 발생하여 건축물과 보행자들에게 피해를 입히기도 한다. 건물주변의 바람은 일반적으로 본연의 성질과 장애물 등 다양한 인자의 영향을 받는다. 따라서 장애물 외관비에 따른 바람의 흐름과 순환에 관한 연구가 이루어져야 하며, 소용돌이의 발달 및 분리, 2차 소용돌이 형성 등에 관한 심층적인 분석이 필요하다. 본 연구에서는 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 모델을 이용하여, 건물협곡 폭(Width, W)의 변화에 따른 지표흐름 유형별 건물협곡 내의 벡터장의 특징을 재현하였고, 건물길이(Length, L) 및 건물높이(Height, H)의 변화에 따른 건물협곡에서의 대칭수평소용돌이와 연직소용돌이의 형성과 발달 양상에 대한 민감도 수치실험을 진행하였다. 동일한 두 개의 건물 사이의 협곡너비를 기준으로 L/W 및 H/W의 비가 각각 1.0∼7.0까지의 경우에 대한 수치실험을 수행한 결과, L/W 민감도 수치실험의 경우 L/W=2.5까지는 바람이 양측 측면에서 유입되어 시계방향과 반시계 방향의 대칭적인 수평 소용돌이가 형성 및 유지되었다. 그러나 L/2 지점 부근에서 벡터의 크기 약화 및 방향 변화의 조짐이 보이기 시작했으며, L/W=3.0 이상에서 1차 소용돌이가 분리되면서 건물협곡의 중심부 쪽에서 2차 역회전 수평소용돌이가 생성 및 성장하는 양상을 보였다. H/W 민감도 수치실험의 경우, H/W=2.0까지는 건물 위쪽으로부터 유입되는 바람에 의해 시계방향으로 회전하는 전형적인 건물협곡에서의 연직소용돌이의 형성을 볼 수 있었다. 그러나 H/W=2.5의 경우에는 건물협곡의 바닥 부근에서 풍하측 건물 쪽으로의 벡터방향의 변화가 시작되는 것이 감지되었고, 이는 H/W=3.0의 경우에 더욱 뚜렷해 졌다. H/W=3.5 이상에서는 건물협곡 하층부에서 처음 형성된 1차 소용돌이와 반대방향으로 회전하는 2차 역회전 소용돌이가 생성되었으며, 이에 따라 1차 소용돌이는 건물협곡의 상층 유입부에 위치하면서 크기가 점차 감소하였고 2차 소용돌이의 크기는 건물이 높아질수록 하층부에서 성장하는 경향을 보였다. 심지어, H/W=5.0 이상의 경우에서는 3차 소용돌이가 형성 및 성장하였으며, 이에 따라 1차 및 2차 소용돌이는 크기가 비슷하게 유지되는 경향을 보였다. 따라서 건물협곡 내에서 발달하는 연직소용돌이는 건물의 고층화에 따라 소용돌이 영역의 증가와 함께 2차 및 3차 소용돌이의 생성을 야기하였고, 건물협곡 내의 전체적인 연직소용돌이는 S자 형태의 발달패턴을 보임을 알 수 있었다. 이러한 연구결과는 건물협곡 내의 소용돌이 발달로 인한 오염물질의 유동과 정체현상의 해석이나 고층건물 밀집지역 등에서 발생할 수 있는 돌발적인 상승 및 하강기류에 따른 안전사고 영향평가 등에 있어서 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
The industrialization and urbanization in our country have progressed rapidly through economic growth. The number of artificial structures such as high-rise buildings increased exponentially. The building canyon was created because of the construction and densification of various buildings. Changes ...
The industrialization and urbanization in our country have progressed rapidly through economic growth. The number of artificial structures such as high-rise buildings increased exponentially. The building canyon was created because of the construction and densification of various buildings. Changes in wind speed and wind direction are various in the building canyon. The sudden wind vortexes also cause damage to buildings and pedestrians. The winds around buildings are generally influenced by various factors such as nature and obstacles. Therefore, it is necessary to study wind flow and circulation affected by obstacle aspect ratio. Furthermore, the detailed analysis on development and separation of vortexes in the building canyon are required. In this study, the effect of obstacle aspect ratio on vortex in building canyon was numerically investigated using a computational fluid dynamics(CFD) model, focusing on the formation of secondary reverse vortex. The numerical sensitivity experiments were performed in the cases of increasing building length(L) and height(H) by the width(W) of building canyon. The wind vector fields and secondary reverse vortex in building canyon were discussed in this study. For the sensitivity experiments in the cases of L/W obstacle aspect ratios, the horizontal vortex zone increased as the building length increases, but the wind vectors at the middle of building canyon began to change in the case of L/W=2.5. In the cases of L/W=3.0 and over, the smaller primary vortex was presented with the secondary reverse vortex. For the sensitivity experiments in the cases of H/W obstacle aspect ratios, the vertical vortex zone increased as the building height increases, but the direction of vectors at the bottom of building canyon began to change in the case of H/W=2.5. In the cases of H/W=3.5 and over, the smaller primary vortex was presented with the secondary reverse vortex. The third vertical vortex at the lower part of building canyon was even developed in the cases of H/W=5.0 and over. Therefore, the development of vertical vortex in the condition of high-rise buildings showed the pattern of S-shape with secondary and third vortexes in the building canyon. The results of this study on the vortex development in the building canyons may be useful to analyze the dispersion and stationary of pollutants in urban area. It is also expected that the CFD modeling can be useful for the environmental impact assessment on the sudden up- and down-draft in urban area with high-rise buildings.
The industrialization and urbanization in our country have progressed rapidly through economic growth. The number of artificial structures such as high-rise buildings increased exponentially. The building canyon was created because of the construction and densification of various buildings. Changes in wind speed and wind direction are various in the building canyon. The sudden wind vortexes also cause damage to buildings and pedestrians. The winds around buildings are generally influenced by various factors such as nature and obstacles. Therefore, it is necessary to study wind flow and circulation affected by obstacle aspect ratio. Furthermore, the detailed analysis on development and separation of vortexes in the building canyon are required. In this study, the effect of obstacle aspect ratio on vortex in building canyon was numerically investigated using a computational fluid dynamics(CFD) model, focusing on the formation of secondary reverse vortex. The numerical sensitivity experiments were performed in the cases of increasing building length(L) and height(H) by the width(W) of building canyon. The wind vector fields and secondary reverse vortex in building canyon were discussed in this study. For the sensitivity experiments in the cases of L/W obstacle aspect ratios, the horizontal vortex zone increased as the building length increases, but the wind vectors at the middle of building canyon began to change in the case of L/W=2.5. In the cases of L/W=3.0 and over, the smaller primary vortex was presented with the secondary reverse vortex. For the sensitivity experiments in the cases of H/W obstacle aspect ratios, the vertical vortex zone increased as the building height increases, but the direction of vectors at the bottom of building canyon began to change in the case of H/W=2.5. In the cases of H/W=3.5 and over, the smaller primary vortex was presented with the secondary reverse vortex. The third vertical vortex at the lower part of building canyon was even developed in the cases of H/W=5.0 and over. Therefore, the development of vertical vortex in the condition of high-rise buildings showed the pattern of S-shape with secondary and third vortexes in the building canyon. The results of this study on the vortex development in the building canyons may be useful to analyze the dispersion and stationary of pollutants in urban area. It is also expected that the CFD modeling can be useful for the environmental impact assessment on the sudden up- and down-draft in urban area with high-rise buildings.
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