Полная версия

Главная arrow Строительство arrow ВЕНТИЛЯЦИЯ: ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Обтекание зданий потоком воздуха

В нижних слоях атмосферы практически постоянно наблюдается турбулентное движение воздуха, называемое ветром. Скорость и направление ветра все время изменяотся. Однако путем статистической обработки метеорологических данных можно получить среднюю скорость ветра и его господствующее направление за год или другой промежуток времени. С высотой скорость ветра изменяется в сторону увеличения по логарифмическому закону:

где v — скорость ветра на высоте г ; rf - скорость ветра на высоте Z, , определяемая из климатологических справочников;

%0 - высота, для которой скорость ветра принимается равной нулю.

В инженерных расчетах обычно пользуются усредненными данными, а для вентиляционных задач изменениями скорости ветра пренебрегают.

Воздействие ветра на строительный объект - это одна из характеристик той среды, в которой находится здание. Условия обтекания воздухом здания определяют его аэродинамическую характеристику, от которой, в свою очередь, зависит воздухообмен помещения, тепловой и влажностный режим ограждающих конструкций.

При обтекании здания ветром происходит искажение первичного потока и создаются области отрывного течения. На наветренных поверхностях здания вследствие торможения кинетическая энергия потока преобразуется в потенциальную, создавая избыточные (по сравнению с невозмушенным потоком) давления. Около наветренных поверхностей возникает зона подпора. Из-за стеснения воздушного потока зданием скорости ветра над зданием и с ею торцов будут больше, чем в невозмущенном потоке. Это вызывает эжекцию с заветренных сторон здания и понижение давления воздуха. Около заветренных сторон возникают зоны разрежения, называемые зонами аэродинамической тени. Границы зоны аэродинамической тени хорошо заметны только вблизи места отрыва потока. В приземном слое за зданием эти границы очень неустойчивы.

Распределение и величина давления на здании зависят от направления ветра, его скорости и от расположения здания по отношению к другим сооружениям.

Упрошенную картину обтекания ветром здания можно рассмотреть на примере взаимодействия турбулентного потока воздуха и пластины. Построенные по средним скоростям линии тока показывают (рис. 2.21), что за пластиной образуется устойчивый турбулентный поток с хорошо просматриваемой, но неустойчивой границей вихревого слоя. За пластиной и перед ней на оси симметрии можно выделить точки торможения потока. Точка А лежит на пластине и скорость в ней близка к нулю. Точка В находится в месте смыкания основного потока, обтекающего здание. Положение этой точки неустойчиво. Левее точки В находится зона аэродинамической тени, где движение воздуха вдоль оси симметрии имеет противоположное основному потоку направление.

Схема обтекания потоком воздуха пластины

Рис. 2.21.Схема обтекания потоком воздуха пластины: 1 - элементарная струйка потока воздуха, набегающего на пластину;

2 - пластина; 3 - граница зоны аэродинамической тени; 4 - вихревые движения в зоне аэродинамической тени; 5 - линии тока за пределами зоны аэродинамической тени; А, В - точки торможения

Знание в еще большей степени, чем пластина, является плохо обтекаемым телом. Величина и характер циркуляции воздуха вблизи зданий зависят от размеров и взаимного расположения зданий. Поэтому здания принято классифицировать следующим образом:

длинное здание, протяженностью I в направлении, перпендикулярном движению ветра, более 8-10 высот здания HJA , т.е.

I > (8-10) Н|А ;

короткое здание, для которого 1 * (8-10) Н .

Каждое из вышеназванных зданий подразделяется на: широкое, имеющее ширину е в направлении движения потока воздуха более 2,5 высоты, т.е. в> 2,5 узкое, для которого 6 ^ 2,5 Нзд

Если расстояние между двумя зданиями х меньше 8 высот первого, т.е. « 8 Н зд , то такие два здания являются смежными и между ними образуется межкорпусная зона циркуляции.

При обтекании ветром узкого остроугольного отдельно стоящего здания (рис. 2.22' можно выделить следующие зоны [81: зону невозмущенного потока I ; циркуляционную зону подпора II, обусловленную лобовым сопротивлением здания; циркуляционную зону аэродинамической тени Ш, зону следа 1У. В зоне I наблюдается логарифмический профиль скоростей. В зонах II и III у земной поверхности направление движения воздуха противоположно основному потоку. Обмен воздуха зоны Ш с окружающим происходит за счет диффузии. В зоне следа IV скорости воздушного потока незначительно (не более чем на 5%) отличаются от скорости в невозмущенном потоке. При таком условии длина следа возмущения значительна и составляет примерно 17 высот здания.

Схема обтекания узкого остроугольного здания

Рис. 2.22. Схема обтекания узкого остроугольного здания: U - высота от уровня земли; * - расстояние от наветренной стены; Н Зд - высота здания

Размеры зоны аэродинамической тени для длинного и узкого здания определяются таким соотношением:

Х/Н0

1

2

3

4

5

6

6,5

7

кд.Ад 1

1,75

2,2

2,1

2

1,8

1.4

1

о,

где х - расстояние от наветренной стороны здания до рассматриваемой точки; Н,д- высота здания; - высота зоны аэродинамической тени в данной точке.

Для короткого и узкого здания высота зоны аэродинамической тени уменьшается за счет меньшего возмущения, вносимого им в поток воздуха. С увеличением ширины здания высота аэродинамической тени также понижается. Объясняется это тем, что широкое здание создает дополнительное сопротивление обратному потоку воздуха в зоне циркуляции; при этом разряжение над зданием возрастает [8].

Характер воздействия ветра на здание можно выразить количественным путем через аэродинамический коэффициент. Аэродинамический коэффициент к л показывает отношение избыточного статического давления в какой-либо точке наружной поверхности здания д р ст к динамическому давлению ветра рд в невозмущенном потоке;

где j» - плотность воздуха, кг/м3; * - скорость ветра, м/с.

Аэродинамический коэффициент показывает долю кинетической энергии потока, перешедшую в потенциальную энергию. Значение аэродинамического коэффициента можно выразить через скорости невозмущенного потока и вблизи обтекаемого предмета. Выделим в перпендикулярно набегающем на пластину потоке воздуха (см. рис. 2.21) элементарную струйку. Рассмотрим два сечения: I-I в невозмущенном потоке и 11—II в непосредственной близости от пластины. Если пренебречь потерями давления между выделенными сечениями, то по закону сохранения энергии имеем

где рст1 рст д - статическое давление в сечениях I-I и II-II* Па; v , vg - скорости воздуха в сечениях I-I и П-П, м/с.

Уравнение (2.131) можно переписать так:

где дРст - избыточное статическое давление в непосредственной близости от пластины, Па.

Разделив правые и левые части уравнения (2.132) на f/Z с учетом зависимости (2.130) получим значение аэродинамического коэффициента, выраженное через скорости потока:

С наветренной стороны здания обычно < v-j и поэтому *А> О. С заветренной стороны здания в зоне аэродинамической тени, как правило г- > trj и < О. Величина аэродинамического коэффициента зависит от формы здания, распределения скорости в набегающем воздушном потоке, наличия открытых аэрационных проемов в здании и т.д. Так, для здания, имеющего форму параллелепипеда, аэродинамический коэффициент меняет свое значение от -0,6 до + 0,8.

Известны способы аналитического расчета величины аэродинамического коэффициента. Однако ввиду сложности процесса аэродинамический коэффициент обычно определяют путем продувки моделей зданий и сооружений в аэродинамических трубах и объемных гидравлических лотках.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>