исследование структуры течения воздушного потока путем

Строительный факультет
45
УДК 693.5:536.24+532.51
А.А. КОШИН, аспирант,
Д.И. МОКШИН, студент 5 курса,
Научные руководители:
А.И. ГНЫРЯ, докт. техн. наук, профессор,
С.В. КОРОБКОВ, канд. техн. наук, доцент
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ТЕЧЕНИЯ
ВОЗДУШНОГО ПОТОКА ПУТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЕЙ
СТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ
Важнейшей задачей при разработке и планировании методов энергосбережения в зданиях и сооружениях является определение характера изменения коэффициента теплоотдачи поверхности ограждающей конструкции. На данный
момент изучено порядка 30 климатических, физических, технологических и конструктивных параметров влияющих на данный коэффициент. Также был произведен краткий обзор литературы, освещающей состояние вопроса по тематике
конвективного теплообмена [1]. Однако, осталось без внимания влияние на теплопотери такого важного фактора, как давление набегающего потока воздуха.
Существует достаточно много методов определения интенсивности
давления на поверхность конструкции, описываемой коэффициентом давления Ср. Так, например, в работе [2] была описана методика определения данного коэффициента с помощью датчиков давления. Применялась также дымовая визуализация для демонстрации движения воздушного потока.
В настоящее время на кафедре «Технология строительного производства» Томского государственного архитектурно-строительного университета
ведется научно-исследовательская работа по проведению комплексных исследований структуры течения воздушного потока путем изучения коэффициента
давления Ср. Для проведения экспериментов по определению полей статического давления было изготовлено две модели. Первая выполнена в виде квадратной призмы сечением 50×50 мм и высотой 300 мм. Две боковые и задняя
грани модели были изготовлены из органического стекла толщиной 5 мм, передняя грань – из текстолита толщиной 8мм. В передней грани модели для
отбора статического давления были просверлены отверстия диаметром 0,8 мм
по нормали к поверхности в вертикальном и горизонтальном направлениях
с шагом 10 мм. Общее количество приёмников давления по высоте составило
38 шт. и по ширине – 10 шт. Для измерения полей статического давления
в пограничной области до и после призмы, на которой установлена модель,
были выполнены отверстия диаметром 0,8 мм с шагом 10 мм: до модели в количестве 9 шт., за моделью – 19 шт. Схема их размещения показана на рис. 1.
Вторая модель представляет собой прямоугольную призму сечением
50×50 мм, высотой 150 мм. Данная модель установлена под углом 45° по отношению к потоку воздуха и имеет две передние грани для отбора статического давления, выполненных из текстолита. Суммарное количество приемников давления так же составляет 38 шт.
46
Материалы 57-й научно-технической конференции
58
57
56
55
54
53
52
А
59 60 51 61 62
50
49
48
47
46
45
44
43
42
41
40
39
38
37
Uo
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10
9 8 7 6 5 4 3 2 1
Б
Б
63 64 36 65 66
35
34
33
32
31
30
29
А
Б- Б
Uo
на мног оканальный микроманомет р
Рис. 1. Схема размещения отверстий-приемников статического давления:
1 – подложка; 2 – квадратная призма; 3 – отверстия-приемники диаметром
0,8 мм; 4 – трубки ПВХ диаметром 3 мм
Измерения перепада давления производятся дифференциальным многоканальным микроманометром с ценой деления 1 Па. В качестве опорного бе-
Строительный факультет
47
рется статическое давление в канале для невозмущенного течения. Общий вид
манометра представлен на рис. 2.
Рис. 2. Общий вид дифференциального многоканального микроманометра
Суть работы заключена в определении значения Ср, описываемого по
формуле (1)
p − p0
,
(1)
Cp =
1
2
(ρ ⋅ U 0 )
2
где p – статическое давление в i-й точке поверхности, Па; p0 – опорное давление (статическое давление измеренное в центре канала), Па; 1/2(ρU02) – скоростной напор набегающего потока; ρ – плотность набегающего потока воздуха,
кг/м3; U0 – скорость потока воздуха, м/с.
Скорость воздушного потока перед моделью измерялась с помощью
трубки Пито – Прандтля, расположенной в центре канала выше по потоку от
модели. Показания трубки Пито регистрируются наклонным микроманометром. Показания многоканального микроманометра снимались с помощью
цифрового фотоаппарата Nikon, далее показания с фотографии оцифровывались по специальной программе Get Data Graph Digitizer.
На данный момент проведены эксперименты с моделью высотой 300 мм
при углами атаки набегающего потока воздуха 90, 45, 0, –45, –90°. Получены
следующие распределения коэффициента Ср, представленные на рис. 3–7.
Анализируя графики, представленные на рис. 3–7, по распределению
полей давления в целом можно отметить их согласованность с полученными
результатами экспериментов Р. Castro по полям давления на кубе [3].
Данная работа является одной из составляющих комплексных экспериментальных исследований аэродинамики и теплообмена моделей высотных
зданий и сооружений. Исследования проводятся при финансовой поддержке
Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 09-08-00523-а).
48
Материалы 57-й научно-технической конференции
Рис. 3. Распределение коэффициента давления на плоскостях измерительной модели
при угле атаки воздушного потока 90°
Рис. 4. Распределение коэффициента давления на плоскостях измерительной модели
при угле атаки воздушного потока 45°
Строительный факультет
49
Рис. 5. Распределение коэффициента давления на плоскостях измерительной модели
при угле атаки воздушного потока 0°
Рис. 6. Распределение коэффициента давления на плоскостях измерительной модели
при угле атаки воздушного потока –45°
50
Материалы 57-й научно-технической конференции
Рис. 7. Распределение коэффициента давления на плоскостях измерительной модели
при угле атаки воздушного потока –90°
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кошин, А.А. Анализ существующих материалов по конвективному теплообмену плохо
обтекаемых тел [Электронный ресурс] / А.А. Кошин, С.В. Коробков // VII Международная конференция студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук». – Условия доступа : http://science-persp.tpu.ru. – 2010. – С. 612–614.
2. Гагарин, В.Г. Аэродинамические характеристики зданий для расчета ветрового воздействия на ограждающие конструкции / В.Г. Гагарин, С.В. Гувернюк, П.В. Леденев // Жилищное строительство. – М., 2010. – № 1. – С. 7–10.
3. Castro, P. The flow around a surface-mounted cube in uniform and turbulent streams / P. Castro, A.G. Robins // Journal Fluid Mech. – 1077. – Vol. 79. – Part 2. – P. 307–335.
УДК: 693.5:72.012.263+678.746.22
А.А. СПИЦИН, студент 5 курса, гр.1163,
Научный руководитель:
А.И. ГНЫРЯ, докт. техн. наук, профессор
ВОЗВЕДЕНИЕ ДОМОВ МАЛОЭТАЖНОЙ ЗАСТРОЙКИ
ПО ТЕХНОЛОГИИ «МОНЕТА – ПРОГРАММА
МОНОЛИТ». ИТАЛИЯ
Система основывается на применении модульных строительных панелей из вспененного самозатухающего полистирола с проволочным каркасом
для использования в качестве несъёмной опалубки при монолитном строительстве. Возведение жилых домов малоэтажной застройки осуществляется
по следующей технологической последовательности: