Sistema "multi-blade" a controllo attivo per la simulazione di venti non sinottici e applicazione a un edificio "low-rise"

Abstract

Il downburst è un fenomeno non sinottico causa di ingenti danni su un’ampia gamma di strutture. La breve durata temporale e le ridotte dimensioni spaziali (rispetto agli usuali eventi sinottici stazionari) rendono l’acquisizione di dati in situ molto difficili. Lo studio riprende parte del progetto di ricerca ERIES-TRANSWindS, che mira allo studio degli effetti del vento di eventi non sinottici su edifici di bassa elevazione (low-rise). Per perseguire tale obiettivo è stato installato un sistema “multi-blade” controllato attivamente (AMBS), riproduzione del prototipo presente nella galleria del vento dell’Università di Chongqing ma adattato alla galleria del vento “Giovanni Solari” dell’Università degli studi di Genova. Il dispositivo, provvisto di lame ruotabili e controllabili attivamente, può simulare il profilo “a naso” caratteristico dei downburst, permettendo l’analisi del fenomeno sugli edifici. Attraverso tale sistema sono state eseguite prove sperimentali finalizzate allo studio dei flussi statici e transienti per la generazione di un profilo fisicamente realistico. Definiti i profili di riferimento, sono stati effettuati ulteriori test focalizzati sugli effetti dei profili di velocità su una replica della struttura del laboratorio WERFL della Texas Tech University. Oltre allo studio delle pressioni superficiali, è stato impiegato un sistema PIV per la valutazione del campo di velocità in prossimità del tetto, dove si instaura la “bolla di separazione” indotta dal distacco della vena fluida. I risultati hanno evidenziato un limite del sistema AMBS nella generazione di profili di vento con una adeguata intensità di turbolenza imputabile all’ assenza di ulteriori dispositivi ausiliari. Tuttavia, questo limite dà l’opportunità di isolare i venti del downburst dalle turbolenze derivanti dallo strato limite, permettendo di concentrarsi sullo studio dei profili di vento.

Downbursts are non-synoptic phenomena that cause significant damage to a wide range of structures. Their short duration and limited spatial scale—compared to typical stationary synoptic events—make the acquisition of in situ data extremely difficult. This study builds upon part of the ERIES-TRANSWindS research project, which aims to investigate the wind effects of non-synoptic events on low-rise buildings. To achieve this objective, an Active-Controlled Multi-Blade System (AMBS) was installed. This system is a reproduction of the prototype located in the Chongqing University wind tunnel, adapted for the “Giovanni Solari” Wind Tunnel at the University of Genoa. Equipped with actively controlled rotating blades, the device can simulate the characteristic “nose-shaped” profile of downbursts, enabling the analysis of the phenomenon on buildings. Experimental tests were conducted using this system to study both static and transient flows for the generation of a physically realistic profile. Once the reference profiles were defined, further tests focused on the effects of velocity profiles on a replica of the Texas Tech University WERFL laboratory structure. In addition to studying surface pressures, a PIV (Particle Image Velocimetry) system was employed to evaluate the velocity field near the roof, where the “separation bubble” induced by flow separation occurs. The results highlighted a limitation of the AMBS system in generating wind profiles with adequate turbulence intensity, attributable to the absence of additional auxiliary devices. However, this limitation provides an opportunity to isolate downburst winds from boundary layer turbulence, allowing for a focused study on wind profiles themselves.