Computational fluid dynamics study of wind-induced drag on a rubber-tired gantry crane
Taipale, Paavo (2024)
Diplomityö
2024
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202501021082
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202501021082
Tiivistelmä
A computational fluid dynamics study of wind-induced drag on a rubber-tired gantry crane is performed. The thesis covers the entire simulation procedure: essential theoretical background is presented, method of generating the computational domain is explained, simulation settings are shown in detail, and finally the obtained results are discussed.
Multiple simulations are done with different flow situations. These situations are varied by changing the wind flow velocities and the angle between the crane and the flow direction. Used velocities are 12 m/s, 28 m/s and 40 m/s. The used angles are 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 78.75° and 90°.
The main results of interest are the drag coefficients and drag forces. What was noted is that the highest drag force occurred at the angle of 45° and with velocity of 40 m/s. The highest drag coefficient occurred at an angle of 0°. Both velocity and angle variation significantly influenced the drag forces whereas only angle variation impacted the drag coefficient values. Achieved results are validated by grid independence study and by comparing them to another similar CFD study. CFD-tutkimus tuulen aiheuttamasta ilmanvastuksesta kumipyöräkonttinosturiin toteutettiin. Työssä käydään läpi koko simulaatioprosessi. Työlle oleellinen taustateoria esitetään, laskenta-alueen muodostaminen selostetaan, simulaatioasetukset tuodaan esille ja perustellaan sekä lopuksi saatuja tuloksia pohditaan.
Monia simulaatioita laskettiin eri virtaustapauksille. Tapauksien eroina oli tuulen virtausnopeus sekä nosturin ja tuulen suunnan välinen kulma, joita muutettiin. Käytetyt nopeudet olivat 12 m/s, 28 m/s ja 40 m/s. Kulmat olivat 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 78.75° ja 90°.
Tärkeimmät tulokset ovat ilmanvastuskertoimet sekä ilmanvastusvoimat. Tuloksista huomattiin, että suurin ilmanvastusvoima ilmeni 45°:n kulmalla nopeuden ollessa 40 m/s. Suurin ilmanvastuskerroin taas ilmeni 0°:n kulmalla. Sekä tuulen virtausnopeuden että virtauskulman muutokset vaikuttivat merkittävästi ilmanvastusvoiman suuruuteen, mutta ilmanvastuskertoimeen vaikutti ainoastaan virtauskulma. Saatujen tuloksien oikeellisuutta arvioitiin toteuttamalla hilaherkkyystarkastelu ja vertaamalla tuloksia toisen samankaltaisen tutkimuksen kanssa.
Multiple simulations are done with different flow situations. These situations are varied by changing the wind flow velocities and the angle between the crane and the flow direction. Used velocities are 12 m/s, 28 m/s and 40 m/s. The used angles are 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 78.75° and 90°.
The main results of interest are the drag coefficients and drag forces. What was noted is that the highest drag force occurred at the angle of 45° and with velocity of 40 m/s. The highest drag coefficient occurred at an angle of 0°. Both velocity and angle variation significantly influenced the drag forces whereas only angle variation impacted the drag coefficient values. Achieved results are validated by grid independence study and by comparing them to another similar CFD study.
Monia simulaatioita laskettiin eri virtaustapauksille. Tapauksien eroina oli tuulen virtausnopeus sekä nosturin ja tuulen suunnan välinen kulma, joita muutettiin. Käytetyt nopeudet olivat 12 m/s, 28 m/s ja 40 m/s. Kulmat olivat 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 78.75° ja 90°.
Tärkeimmät tulokset ovat ilmanvastuskertoimet sekä ilmanvastusvoimat. Tuloksista huomattiin, että suurin ilmanvastusvoima ilmeni 45°:n kulmalla nopeuden ollessa 40 m/s. Suurin ilmanvastuskerroin taas ilmeni 0°:n kulmalla. Sekä tuulen virtausnopeuden että virtauskulman muutokset vaikuttivat merkittävästi ilmanvastusvoiman suuruuteen, mutta ilmanvastuskertoimeen vaikutti ainoastaan virtauskulma. Saatujen tuloksien oikeellisuutta arvioitiin toteuttamalla hilaherkkyystarkastelu ja vertaamalla tuloksia toisen samankaltaisen tutkimuksen kanssa.