afst.bundel 8 MEI 07 - Technische Universiteit Eindhoven

More documents

Recommendations

Info

R.P.W. Maas Een vergelijking tussen CFDsimulaties en metingen van het windstromingspatroon in het Koning Boudewijnstadion Afstudeerrichting Physics of the Built Environment afstudeerbundel faculteit bouwkunde 36 Afstudeercommissie Prof. dr. ir. M.H. de Wit Dr. ir. B.J.E. Blocken Ing. J.F.L. Diepens Prof. dr. Ir. J.E. Carmeliet Ir. H. Plomp Datum afstuderen 29 januari 2008 Samenvatting Wind kan grote invloed hebben op sportprestaties in open sportstadions. Bij het ontwerpen van een open sportstadion zal het windstromingspatroon in het stadion ontworpen moeten worden om zo optimale sportprestaties te garanderen. Simulaties met Computational Fluid Dynamics (CFD) kunnen het windstromingspatroon in een open sportstadion voorspellen, mits het simulatiemodel gevalideerd is. In dit project wordt een start gemaakt met deze validatie door CFD-simulaties en metingen van het windstromingspatroon in het Koning Boudewijnstadion te Brussel te vergelijken. De resultaten hiervan laten zien dat het windstromingspatroon in het stadion variabel en complex is. Transiënte CFD-simulaties met Detached Eddy Simulation (DES) geven hierbij een betere gelijkenis met de metingen dan stationaire CFD-simulaties. Trefwoorden Wind Sportstadion Computational Fluid Dynamics (CFD) Detached Eddy Simulation (DES) Atletiek Afbeelding 1 Koning Boudewijnstadion te Brussel Afbeelding 2 Metingen met ultrasone anemometers in het Koning Boudewijnstadion Veel verschillende sporten worden bedreven in open sportstadions. Deze sportstadions geven een groot aantal sportfans de kans om een sportprestatie live te aanschouwen. Het zijn dan ook voornamelijk de toeschouwers waar een stadion voor wordt ontworpen. Bij het uitoefenen van sport spelen de omstandigheden een belangrijke rol bij de uiteindelijke prestatie die wordt neergezet. Zo kan bij atletiek de windweerstand die een atleet ondervindt invloed hebben op het eindresultaat. Om 'fair play' te garanderen heeft de International Association of Athletics Federations (IAAF) regels ingesteld. Zo is bij de 100 m en 200 m sprint, bij het verspringen en het hink-stap-springen een limiet aan de hoeveelheid rugwind die een atleet mag ondervinden ingesteld. Indien een atleet tijdens het neerzetten van een prestatie een record vestigt, maar meer rugwind ondervindt dan 2 m/s, dan is het record niet geldig. De windsnelheid tijdens een prestatie wordt gemeten op één positie langs de piste. Het is echter de vraag of de gemeten windsnelheid overeenkomt met de windsnelheid die een atleet heeft ondervonden tijdens de prestatie. Naar aanleiding hiervan is het wenselijk om het windstromingspatroon ten tijde van een atletische prestatie te beheersen. Dit kan reeds bij het ontwerpproces van het stadion worden gedaan door ook het windstromingspatroon in het stadion te ontwerpen. Indien gebruik gemaakt wordt van simulaties van het windstromingspatroon in open sportstadions, dan zal dit moeten worden gedaan met een gevalideerd model. Een dergelijk model bestaat op dit moment nog niet. Het hoofddoel van dit project is dan ook het onderzoeken van de mogelijkheid tot het voorspellen van het windstromingspatroon in een open sportstadion met behulp van simulaties met Computational Fluid Dynamics (CFD). Het huidige project kan echter slechts een eerste stap zijn tot het bereiken van dit hoofddoel. In het huidige project worden metingen vergeleken met CFD-simulaties van het windstromingspatroon in het Koning Boudewijnstadion te Brussel (Afbeelding 1).
Afbeelding 3 Mesh van het Koning Boudewijnstadion afstudeerbundel faculteit bouwkunde Afbeelding 4 z-component van de windsnelheid op de 100m baan in laan 1, laan 5, laan 9 en op de positie van de officiële windmeting tijdens atletiek wedstrijden. Gemiddelde van transiënte CFD-simulatie met DES over 10s. 37 Het eerste deel van dit project bestaat uit metingen in het Koning Boudewijnstadion (Afbeelding 2). Deze metingen hebben een groot inzicht gegeven in de complexiteit van het windstromingspatroon in dit stadion. Hierbij is naar voren gekomen dat het windstromingspatroon in het stadion variabel is. De meetdata is verwerkt tot 10-minuut gemiddelden om zo een bruikbare en betrouwbare weergave te krijgen van het windstromingspatroon in het stadion. Het tweede deel van dit onderzoek bestaat uit CFD-simulaties van het windstromingspatroon in het Koning Boudewijnstadion. Vuistregels uit de literatuur en een gridsensitiviteitanalyse hebben de basis gevormd voor het CFD-model (Afbeelding 3). Vervolgens zijn stationaire CFD-simulaties gemaakt, waarbij is gekeken naar de werking van verschillende turbulentiemodellen (Spalart-Allmaras model, Standard k-_ model, RNG k-_ model, Realizable k-_ model, Standard k-_ model, Shear Stress k-_ model). Deze CFD-simulaties laten zien dat de keuze voor een turbulentiemodel weinig invloed heeft op het windstromingspatroon dat in het stadion berekend wordt. Daarnaast laat een vergelijking met de meetresultaten zien dat de CFD-simulaties slecht in staat zijn het windstromingspatroon in het Koning Boudewijnstadion te voorspellen. Een belangrijke oorzaak van het verschil tussen de meetresultaten en de resultaten van de stationaire CFD-simulaties kan zijn dat deze CFD-simulaties stationair zijn, waardoor tijdsafhankelijke fenomenen niet worden meegenomen. Naar aanleiding hiervan zijn transiënte CFD-simulaties gemaakt met Detached Eddy Simulation (DES). De resultaten van de transiënte CFDsimulaties laten een goede overeenkomst zien met de resultaten van de metingen. Hierbij is zowel de instantane data als de gemiddelde data van de metingen en de CFD-simulaties vergeleken. Het lijkt dan ook dat transiënte CFD-simulaties beter in staat zijn om het windstromingspatroon in het Koning Boudewijnstadion te voorspellen dan stationaire CFD-simulaties. De aanleiding van dit project komt voor een belangrijk deel voort uit de mogelijke onbetrouwbaarheid van de windmeting die wordt gebruikt bij officiële atletiekwedstrijden. Wanneer de resultaten van de metingen en de transiënte CFD-simulaties van het windstromingspatroon in het Koning Boudewijnstadion worden bekeken, dan lijkt de officiële windmeting niet representatief te zijn voor de windweerstand die wordt ondervonden door de atleet (Afbeelding 4). Daarnaast kan een atleet in laan 1 een andere windweerstand ondervinden als een atleet in laan 5, of laan 9, waardoor niet altijd sprake kan zijn van fair play (Afbeelding 4). Het hoofddoel van dit project is het onderzoeken van de mogelijkheid tot het voorspellen van het windstromingspatroon in een open sportstadion met behulp van CFD-simulaties. In dit onderzoek is gebleken dat transiënte CFD-simulaties in staat zijn het complexe windstromingspatroon in het Koning Boudewijnstadion te voorspellen. Hierbij moet aangetekend worden dat dit project slechts een aanzet is tot het voorspellen van het windstromingspatroon in een open sportstadion. De resultaten van dit project gelden dan ook alleen voor het windstromingspatroon in het Koning Boudewijnstadion onder de omstandigheden die tijdens de metingen aanwezig waren. Het zal dan ook niet verstandig zijn om de resultaten van dit onderzoek te generaliseren voor open sportstadions in het algemeen onder alle denkbare omstandigheden.
Page 1 and 2: ouwkunde Ing. D.A. Bommeljé Ing. J
Page 3 and 4: L.L.Soons SHED2.0 44 De Timmerfabri
Page 5 and 6: afstudeerbundel faculteit bouwkunde
Page 11 and 12: Afbeelding 2 Ontwerpvoorstel op bou
Page 13 and 14: Afbeelding 1 General business organ
Page 17 and 18: Afbeelding 2 Gebruikers Interface g
Page 19 and 20: Afbeelding 2 Parameter Scheme: Fill
Page 21 and 22: Afbeelding 2 Resultaten Europese ho
Page 23 and 24: Afbeelding 2 Maquette; bovenaanzich
Page 27 and 28: Begrippen uit de speltheorie en ond
Page 31 and 32: Afbeelding 2 Analyse projectniveau:
Page 33: Afbeelding 2 Principe klimaatontwer
Page 37 and 38: Afbeelding 2 Plan of the station ar
Page 39 and 40: ing. Een belangrijke methode hiervo
Page 41 and 42: Figure 2 Mixing range of Dynamic Li
Page 43 and 44: Afbeelding 2 De Timmerfabriek aan d
Page 45 and 46: Figure 2 Model rectangular building
Page 47 and 48: Afbeelding 2 Bezweken hoge wandligg
Page 49 and 50: Afbeelding 2 Staafdiagrammen van he
Page 51 and 52: Afbeelding 2 Negenpoot gezien vanaf
Page 53 and 54: Afbeelding 2 Plattegrond tweede ver
Page 55 and 56: Afbeelding 2 Concept architectuur A
Page 57 and 58: Afbeelding 1 afstudeerbundel facult

afst.bundel 8 MEI 07 - Technische Universiteit Eindhoven

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?