De wereldbevolking en de verstedelijking hebben de afgelopen decennia een enorme vlucht genomen. Met hen kwamen tientallen nieuwe hoge gebouwen, drones, energiezuinigere ventilatiesystemen, en geplande luchttaxi's door Uber en andere bedrijven. Maar deze technologische vooruitgang heeft te maken met een natuurlijk natuurkundig fenomeen:wind.

Wetenschappers presenteerden de nieuwste bevindingen over het modelleren en voorspellen van stedelijke luchtstroom - in de hoop betere gebouwen te bouwen, steden, en transport—op de 73e jaarlijkse bijeenkomst van de afdeling Fluid Dynamics van de American Physical Society.

Het stedelijke luchtruim van de toekomst zou kunnen wemelen van autonome vliegtuigen:luchttaxi's, drones, en andere zelfvliegende systemen. Een team van de Oklahoma State University heeft technieken ontwikkeld om de gevaren voor het milieu te modelleren die deze voertuigen kunnen tegenkomen, zodat ze veilig door steden kunnen navigeren.

"Stedelijke omgevingen vormen enorme uitdagingen voor drone- en stedelijke luchtmobiliteitsplatforms, " zei onderzoeker Jamey Jacob, die het team leidde. "Naast de uitdagingen van verkeersopstoppingen en obstakels, er zijn kritieke technologische lacunes in de modellering, detecteren, en het accommoderen van de dynamische stedelijke lokale windvelden, evenals in precisienavigatie door onzekere weersomstandigheden."

Onderzoekers bevestigden sensoren aan robotvliegtuigen om meer samenhangende metingen te doen van de wakes van gebouwen, of de verstoorde luchtstroom rond gebouwen. Ze combineerden deze gegevens met numerieke voorspellingen om een ​​beter beeld te krijgen van de complexe windpatronen in stedelijke omgevingen.

Het werk kan helpen bij het verbeteren van wind- en weersvoorspellingen, niet alleen voor onbemande vliegtuigen, maar ook voor conventionele vliegtuigen.

"Het potentieel van het uitrusten van elke drone en stedelijke luchttaxi, evenals andere vliegtuigen, met sensoren biedt een kans om het spel te veranderen in ons vermogen om te monitoren, voorspellen, en rapporteer gevaarlijke weersomstandigheden, " zei Jakob.

Een andere groep, gevestigd aan de Universiteit van Surrey onderzocht ook de bouw van zog. Met het oog op het verbeteren van de luchtkwaliteit in steden, ze zochten naar zogverschillen tussen een enkel hoog gebouw en een cluster van hoge gebouwen.

"Begrijpen hoe het kielzog van hoge gebouwen moet worden gemodelleerd, is de eerste stap om stadsplanners in staat te stellen het hitte-eilandeffect te verminderen en de stedelijke luchtkwaliteit te verbeteren, " zei Joshua Anthony Minien, een onderzoeker in de werktuigbouwkunde.

Het team voerde experimenten uit in een windtunnel, het variëren van de groepering, beeldverhouding, en afstand tussen hoge gebouwen. Ze werden aangemoedigd om te zien dat wanneer ze ver genoeg stroomafwaarts werden gemeten, een cluster van gebouwen en een geïsoleerd gebouw hebben vergelijkbare zogkenmerken. Veranderingen in de windrichting lijken ook een significante invloed te hebben op de zog van clusters van gebouwen.

alle gebouwen, lang of niet, moet worden geventileerd.

"Het vermogen om ventilatiedebieten te voorspellen, spoeltijden en stroompatronen zijn belangrijk voor het comfort en de gezondheid van de mens, zoals benadrukt door de noodzaak om de verspreiding van het coronavirus via de lucht te voorkomen, ", zei onderzoeker Nicholas Wise van de Universiteit van Cambridge.

Met ingenieursprofessor Gary Hunt, Wise vond een probleem in de huidige modellen van passieve natuurlijke ventilatiesystemen. Deze gebruiken vaak verdringingsstroom - waarbij koelere nachtlucht een gebouw binnenkomt via één opening en warmere lucht die zich gedurende de dag heeft verzameld, verlaat via een andere opening.

Hun wiskundige modellering onthulde dat de verplaatsingsstroom niet doorgaat tijdens het zuiveren van warme lucht, zoals werd geloofd. In plaats daarvan, de kamer ervaart een "onevenwichtige uitwisselingsstroom" die het zuiveringsproces kan vertragen.

"Elke verplaatsingsstroom gaat over in een ongebalanceerde uitwisselingsstroom, " zei Wijs.

De onderzoekers waren verbaasd over hoeveel het toevoegen van een kleine opening op laag niveau de koeling van de kamer versnelt, in vergelijking met een kamer met alleen een opening op hoog niveau. Hun model zal nuttig zijn voor ontwerpers van natuurlijke ventilatiesystemen.