Wind-tunnel Modelling of Turbulent Flow Inside the Street Canyon

Abstract

Turbulent flow inside a street canyon was investigated in an open circuit wind tunnel and in a blow-down wind channel. Two geometries were used for comparison purposes: buildings with pitched roofs and with flat roofs. Both generate the flow of a different category, so the induced ventilation regimes are fundamentally different. Quadrant, Fourier and Wavelet analysis, Proper Orthogonal Decomposition (POD) and vortex detection methods are used to identify coherent structures in the flow and establish their impact on the ventilation of pollution. Two types of the organised motions are detected: the compact areas of sweep and ejection with the scale comparable to the size of building and the small vortices generated in the shear layer behind the building roof. POD identifies the most dominant modes with high coherency in the flow and evaluates the relative contributions of each mode to the overall kinetic energy of turbulence. Rigorous analysis of the correctness of the physical interpretation for such a decomposition is carried out. Wavelet analysis is applied to the time-series of the POD expansion coefficients in order to reveal control mechanism of the dynamics of the modes. Vorticity, calculated from the original velocity data, is decomposed by POD as well. Finally, the correlation between the vorticity...

Turbulentní proudění v uličním kaňonu je studováno metodou fyzikálního modelování. Dva typy budov jsou porovnány: domy se sedlovými střechami a s plochými střechami. Každý typ generuje proudění jiné turbulentní kategorie, což má za následek fundamen- tálně odlišné ventilační režimy v kaňonu. Pro nalezení koherentních struktur v proudění a k vyhodnocení jejich dopadu na ventilaci znečištění jsou použity metody jako Kvadran- tová, Fourierova a Waveletová analýza, POD a metody pro detekci jader vírů. Identifiko- vali jsem dvě skupiny koheretních sruktur: velké, kompaktní oblasti "sweep" a "ejection" srovnatelné s velikostí budov a malé víry vznikající ve smykové vrstvě za střechou budovy. POD umožnila extrahovat dominantní, vysoce koherentní módy z proudění a určit relativní příspěvek každého módu k celkové turbulentní energii. Pečlivě jsme prověřili správnost fyzikálního významu těchto módů. Waveletová analýza POD koeficientů pomohla odhalit mechanismy zodpovědné za vznik módů. POD byla aplikována také na pole vorticity. Spo- jitost mezi vorticitou a ostatními metodami pro detekci jader vírů byla stanovena na závěr.