The effect of building geometry on the wind environment of cities is such that it can cause problems like wind danger, discomfort and poor ventilation of airborne pollutants. Computational fluid dynamics (CFD) can play a role in assessing changes in wind environment caused by building projects before realisation at little cost. However, the current state-of-the-art methods, RANS and LES, force a steep trade-off between accuracy and computational cost, and neither method is truly predictive. Time-resolved adaptive direct finite element simulation (DFS) is a method for CFD that is predictive and automatically optimises the mesh for a goal quantity, making it both efficient and accurate. In this thesis, DFS was implemented in FEniCS and used on basic validation cases to provide a proof of concept for the use of this method in the building aerodynamics, on resources freely available to anyone. The results show that the method is accurate to within 10% of the validation data with respect to the goal quantity. Visually, the expected flow features are clearly identifiable. DFS was successfully applied to a relatively complicated building geometry, with a total computation time of about 120 core-hours. We conclude that DFS has significant potential as a method for evaluating urban wind environments. Furthermore, because of its ease of use and lack of parameters, DFS can play an important role in helping architects, designers and students understand the effect of urban geometries on the wind environment. This report provides a basis for further research on DFS for building aerodynamics, as validation on more diverse urban geometries is still necessary. / Effekten av byggnaders form och geometri är så viktig att den kan ge problem för ventilation av t.ex. föroreningar, för energieffektivitet, och för vindfaror med t.ex. hög vindhastihet som kan vara farligt eller skapa obehag. Beräkningsströmningsdynamik (CFD) kan ha en roll i bedömningen av byggnadsprojekt i ett tidigt skede till liten kostnad. Dock är de etablerade och ledande metodikerna, RANS och LES, inte prediktiva och tvingar fram en kompromiss mellan beräkningskosnad och noggrannhet. Vår metodik “Time-resolved adaptive direct finite element simulation” (DFS) är en metod för CFD som är prediktiv och automatiskt optimerar beräkningsnätet (och därmed beräkningskostnaden) för en given målkvantitet, som ger både effektivitet och noggrannhet. I denna avhandling implementerades DFS i FEniCS och användes i grundläggande valideringsfall för att ge ett proof of conceptför användning av denna metod i byggnadsaerodynamik, på resurser som är fritt tillgängliga för alla. Resultaten visar att metoden är korrekt inom 10% av valideringsdata med avseende på målkvantiteten. Visuellt är de förväntade flödesfunktionerna tydligt identifierbara. DFS applicerades framgångsrikt på en relativt komplicerad byggnadsgeometri med en total beräkningstid på cirka 120 kärntimmar, vilket är en försumbar kostnad. Vi drar slutsatsen att DFS har en betydande potential som metod för utvärdering av stadsvindmiljöer. Dessutom, på grund av dess användarvänlighet och frihet från parametrar, kan DFS spela en viktig roll för att hjälpa arkitekter, designers och studenter att förstå effekterna av stadsgeometrier på vindmiljön. Denna rapport ger en grund för vidare forskning om DFS för aerodynamik, eftersom validering av mer olika stadsgeometrier fortfarande är nödvändig.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-305276 |
| Date | January 2021 |
| Creators | van Beers, Linde |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2021:724 |
Page generated in 0.0025 seconds