Experimental and Numerical Research of the Flow Features Around the Building Pairs with Different Types

Flow structure on the building is a primary factor in dispersing of air pollutants into and around of the building. Therefore, it is required to determine air motions outside of the building. In this study, flow features at the vicinity of the two building models with rooftop and without rooftop having same dimensions were investigated experimentally and numerically. In the experimental part of the study, flow structures around buildings having dimensions of 5x5x5cm without rooftop and 5x5x5cm with 30^o slope and rooftop were examined firstly by placing one by one and afterwards they were analysed by leaving a distance of 13.75cm as binary placed (with rooftop, without rooftop and with and without rooftop) by using Particle Image Velocimetry (PIV). In the numerical part of the study, experimental works carried out by placing binary building was researched by using ANSYS Fluent 12.1 software with k-ε turbulance model as three dimensional, steady and the obtained numerical results were compared with experimental results. Instantaneous velocity fields were firstly obtained at the experiments and then stream lines <Ψ> and vortex peer curves <ω> were plotted by using these datas. Average equivalent velocity curves distributions in the x and y directions were also investigated both for building models. The results showed that the vortexes occurred behind the building for the building without rooftop (model A) were symmetric with each other whereas they were not symmetric at the building with rooftop (model B). Also, the lengths of the vortexes at the rear of the model B increased 7.5% according to model A. The obtained result demonstrated that the rooftop had an effect on the flow structure. However, it was seen that the results were confirmed with a deviation of 3% when compared experimental results with numerical.

Bina üzerindeki akış yapısı, bina içine ve etrafına hava kirleticilerinin yayılmasında birinci derecede etkendir. Bu nedenle, bina dışındaki hava hareketlerinin belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, aynı boyutlara sahip çatılı ve çatısız iki bina modeli etrafındaki akış özellikleri deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmanın deneysel kısmında, 5x5x5cm boyutlarında çatısı olmayan ve 5x5x5cm boyutlarında 30˚ eğime sahip çatılı bina modelleri etrafındaki akış yapıları öncelikle binalar tek tek yerleştirilerek ve sonrasında ise binalar aralarında 13.75cm mesafe bırakılıp (çatısız, çatılı ve çatılı-çatısız) ikili olarak yerleştirilerek Parçacık Görüntülemeli Hız Ölçüm Tekniğinin (PIV) kullanılmasıyla incelenmiştir. Çalışmanın sayısal kısmında ise iki bina yerleştirilerek yapılan (çatılı ve çatısız) deneysel çalışmalar k-ε türbülans modelli ANSYS Fluent 12.1 bilgisayar programı kullanılarak üç boyutlu, zamandan bağımsız olarak incelenmiş ve elde edilen sayısal sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Deneyler neticesinde, öncelikle anlık hız alanları elde edilmiş ve sonra bu veriler kullanılarak akım çizgileri <Ψ> ve girdap eş düzey eğrileri <ω> çizilmiştir. Ayrıca, her iki bina modeli için x ve y yönündeki ortalama eşdeğer hız eğrileri dağılımları incelenmiştir. Sonuçlar, çatısız bina (model A) için bina arkasında oluşan girdaplar simetrik iken çatılı binada (model B) simetrik olmadığını göstermiştir. Ayrıca, model B’ nin arkasındaki girdapların uzunlukları model A’ ya göre % 7.5 artmıştır. Elde edilen sonuç, çatının akış yapısı üzerinde bir etkisinin olduğunu kanıtlamıştır. Bununla birlikte, deneysel ile sayısal sonuçlar karşılaştırıldığında % 3’ lük bir sapma ile doğrulandığı görülmüştür.