CC BY
8
УДК 004.94; 69
АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОДИНАМИКИ
КУПОЛЬНОГО ЗДАНИЯ
К.А. Калинин
Проведено математическое моделирование с целью выявления таких параметров как вихревая вязкость потоков и давление при воздействии ветра на купольное здание. Приводятся результаты проведенного компьютерного анализа поставленной задачи.
Ключевые слова: моделирование, купольное здание, аэродинамика, анализ, информация, аналитический метод, давление, ветер, строительство.
Купольное домостроение является довольно новым способом строительства, которое особенно популярно в суровых климатических условиях, таких как сильные морозы, интенсивный ветер. Такие строения имеют несколько преимуществ над традиционными формами строений:
малая площадь поверхности дома, что способствует низкой теплоотдачи; форма здания способствует естественному вентилированию, что дает выгоду при отоплении и охлаждении помещений;
меньшая масса сооружения, что дает возможность в возведении менее массивного фундамента;
высокая устойчивость таких зданий к землетрясениям;
меньшая стоимость возведения, относительного традиционного по форме здания с сопоставимым полезным объемом;
высокая устойчивость к ветру, за счет аэродинамической формы; Именно аэродинамические свойства здания будут рассмотрены в данной работе, что возможно благодаря применению компьютерного моделирования. Данные моделирования, как правило, проводятся в программах, основанных на методе конечных элементов. Одним из примеров такой программы является Ansys, который позволяет замоделировать практические любое физическое явление или процессы [1-7]. Для данной работы такая программа позволяет изучить аэродинамику купольного здания. Были рассмотрены вихревая вязкость потоков (рис. 1) и давление ветра (рис. 2 и 3) при воздействии сильного ветра (35 м/с) на дома с диаметром купола 8 и 12 м.
а б
Рис. 1. Вихревая вязкость потоков
Наибольшая по значению вихревая вязкость наблюдается в приграничной к зданию зоне, а также в подветренной стороне. При этом размер здания напрямую влияет на величину и размер зоны с повышенной вихревой вязкостью.
256
Системный анализ, управление и обработка информации
Ргег&иге
Пп^р.|||г Пгтл|п ПеГаЫЕ
6.837е+02
-5,1эге+С1г
[Ра]
Рг¥55ИГе
С'е'эиЬ Оогта|п DefsL.lt 7 466е+02
■1.9598+02
-6.671 е+02
С
[Ра]
а б
Рис. 2. Давление ветра на здание
С наветренной стороны здания наблюдается наибольшее по величине давление, которое составляет 680 Па для здания диаметром 8 м и 750 Па для здания диаметром 12 м. В центре поверхности здания наблюдается отрицательное давление на купол здания, что объясняется законом Бернулли.
Ргегэиге Папе 1
_ 6.837е+02
2.за7еюа
-1 182е+02
-5 192е+02
[Ра]
I [ I I 11 [ 1 I 11 II 11 I I! I II I I
'''' \''л'!'
'/Ь'/.'ь'М
и1" !'|
■а
1 л'лМ.1!
1 | [ | I I
II1!
^ 1 т
I1 11№ , I' 1 |
¿'Л'
I ' ■ М »ГП
В "Л'Л1 У.УЛ
В!- ',1!1.1.
Н1,|\ ■,'1|!,,.'1
III , I I1.1,1
о:.!.1/'/ у.-и •"
I
' |'|'|' I I1 I II 'У^!
РгеЕйиге Р1апе 1
Ш 7.466е+С2
2.754е+02
-1 959е+02
-6 671е+02
I I. I 11. № |1 , I. ,1, I ,1 >|1 I 1 //, 1 к
1 , 1,'| I '] ' , 1 I I I I \ I I 1 1
I ' 'Л * V
Ж %
'/л1/,
11,111
1 ■.
I1 1 II'
| , I I I
[Ра]
шт^
I'.1!1, .
и.1 ¡¡и
I I I I I I ) I I I I ■ I I I И I I I 1
[ I I '1 II '| 14 ■ ! '] I 1| I М I I
б
I и 1 I I
I 11 1111 I 11 I I1
Рис. 3. Давление ветра на высоте 3 м с наложенными сверху направлениями
движения воздушных потоков
а
Давление ветра имеет схожие картины распределения среди сравниваемых, что объясняется одинаковыми формами рассматриваемых зданий.
Таким образом было установлено, что размер купольного здания влияет на давление на его купол, а также на вихревую вязкость потока, чем больше диаметр здания, тем выше перечисленные параметры.
Подобные исследования осуществляются при помощи Ansys и метода конечных элементов, что позволяет в короткие сроки и высокой точностью получить требуемые данные и результаты, а также решения поставленных задач.
Список литературы
1. Газаров А.Р., Колосов Р.А., Калинин К.А. Моделирование воздушного потока в программном комплексе ansys // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 2. С. 126-128.
2. Горчакова О.С. Математическое исследование аэродинамических характеристик с использованием программного комплекса // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 3. С. 58-61.
3. Савкова О.А. Использование компьютерного моделирования для исследования аэродинамики района // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 3. С. 151-153.
4. Горчакова О.С., Савкова О.А., Сорокина Е.Ю. Дальнейшее развитие программного обеспечения для оптимизации расчетов в физической архитектуре // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 12. С. 554-556.
5. Шишкина А.А. Применение программно-математических комплексов для улучшения условий труда на производстве // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 11. С. 327-330.
6. Шишкина А.А. Аналитический метод выбора климатического оборудования в помещении промышленного назначения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 12. С. 329-332.
7. Вайцель А.А., Сиренко Е.Р., Гаврюхина А.В. Анализ совмещения нескольких потоков различной температуры в современных программных комплексах // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 4. С. 95-98.
Калинин Кирилл Алексеевич, студент, den-arti777@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYTICAL METHOD FOR STUDYING AERODYNAMICS OF A DOME BUILDING
K.A. Kalinin
Mathematical modeling has been carried out in order to identify such parameters as the vortex viscosity of flows and pressure when the wind acts on the domed building. The results of the performed computer analysis of the task are presented.
Key words: modeling, domed building, aerodynamics, analysis, analytical method, pressure, wind, construction.
Kalinin Kirill Alekseevich, student, den-arti777@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 004.3; 622
НОВЫЙ ПОДХОД К ИНФОРМАЦИОННОМУ ОБЕСПЕЧЕНИЮ ГОРНОГО
ДЕЛА
Т.Е. Ковалёва
В данной работе описано применение нового подхода к информационному обеспечению горного дела. Рассматривается возможность применения квадрокопте-ров для получения необходимой информации и расширения возможностей традиционных средств получения данных.
Ключевые слова: программа, горное дело, дрон, квадрокоптер, информационное обеспечение, получение информации.
Некоторые области науки и жизнедеятельности человека с приходом инновационных технических средств в значительной мере меняются и упрощаются для людей [1-3]. Новые приспособления способны получать и обрабатывать информацию с большей точностью, простотой, а получаемые данные позволяют решить целый ряд задач [4-6].
