CC BY
4
This article considers object detection efficiency of the technical vision in short wave infrared channel compared to object detection efficiency in visible channel. Advantages of using SWIR-range optoelectronic terrain viewing systems are determined.
Key words: electro-optical system, object detection, short wave infrared
Makarov Evgeny Vladimirovich, student, yevgen.makarov@bk.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kil Ivan Andreevich, postgraduate, johnnykia@,yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pogorelov Maxim Georgievich, candidate of technical sciences, docent, mgpogore-loff@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 004.94:69
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-253-256
К ВОПРОСУ О КОМПЬЮТЕРНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ И АНАЛИЗЕ АЭРОДИНАМИКИ ГРУППЫ ЗДАНИЙ ГОРОДСКОГО РАЙОНА
И.А. Ветрянщиков
В программном комплексе, основанном на методе конечных элементов, проводится сравнение различных характеристик аэродинамики зданий, расположенных в одном районе. Проводится математическое моделирование и выявляются такие параметры как, скорость, турбулентность, давление и иные характеристики, влияющие на качество жизни в зданиях.
Ключевые слова: математическое моделирование, компьютерное моделирование, конечные элементы, скорость, давление, аэродинамика, анализ.
Вопрос о применении современных методов исследований, таких как компьютерное и математическое моделирование, стоит перед исследователями, учеными и конструкторами довольно остро. Существуют споры о точности расчетов, их приближенности к реальным условиям и возможности полагаться на достоверность полученных таким образом данных. Однако ряд исследований установило за счет непосредственного сравнения экспериментальных и теоретических данных (полученных компьютерными симуляциями), что точность расчетов высока и погрешность не превышает 5-10% по сравниваемым величинам [1-4]. Таким образом, исходя из опытов и выводов ученых следует, что применение компьютерных моделирований возможно, и весьма велика приближенность теоретических данных к опытным. Поэтому в данной работе будет проведен ряд исследований аэродинамики проектных групп зданий с целью выявления их аэродинамических характеристик при различных начальных направлениях ветра и последующим их анализом и обобщением.
Для симуляции была выбрана программа Ansys, так как она позволяет оценить необходимые параметры для данного исследования [5-8]. Была построена трехмерная модель группы зданий, повторяющая по расположению, высоте, размерам и другим параметрам существующий в настоящее время район. В качестве оцениваемых параметров выбрано давление, давление на стены зданий, максимальная скорость, так как эти характеристики наиболее полно отражают картину об аэродинамике.
На рис. 1 приведены потоки ветра, представленные в виде линий, отображающих направление ветра и его скорость в каждой точке пространства. На рис. 2 представлены изображения давлений, оказываемых ветром на стены здания, показаны виды на группы зданий с наветренных сторон.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып. 12
б
Рис. 1. Скорость: а - первый вариант, б - второй вариант
Total Pressure Contour 1 — 3.0100+02
2.379е+02
1,743е+02
1 117е+02
4.862е+01 -1.448С+01 -7.757е+01 -1.407е+02 -2.038е+02 -2.6690+02 -Э.300е+02
б
Рис. 2. Давление ветра на стены здания: а - первый вариант; б - второй вариант
При анализе скорости было выявлено что в первом случае основная масса воздуха огибает внутреннюю зону группы зданий, однако во втором случае значительная часть воздушных масс попадает во внутреннюю территорию.
В первом случае направления ветра основное давление приходится на 2 первых здания, стоящих по направлению ветра. Во втором случае давление воспринимают практически все здания, при этом на некоторые части сооружений оказывается значительное давление. Для более детальной возможности сравнения количественной меры рассматриваемых величин, их максимальные значения занесены в таблицу.
Сводная таблица
Параметр Первый вариант Второй вариант
Начальная скорость ветра, м/с 16,5 16,5
Максимальная скорость ветра, м/с 25 27
Давление ветра, Па 238 201
Давление на здания, максимальная, Па 184 158
Количество элементов в сетке, шт. 12 428 646 11 917 688
Начальная скорость ветра в обоих случаях одинакова и составляет 16,5 м/с. Однако максимальная скорость ветра во втором варианте движения ветра выше примерно на 10%, что объясняется характером движения воздушных масс и их скрещиванием в сужающихся областях. Анализ давлений показывает, что в первом варианте их величина выше примерно на 20% (относительно второго варианта) и при рассмотрении общего давления и давления на стены зданий из группы. Для справки приведены данные о количестве элементов сетки, на которые разбиваются области в процессе моделирования, для обоих вариантов их величина составляет примерно 12 млн.
Максимальная кинетическая энергия турбулентности отличается в рассматриваемых случаях, при анализе второго варианта эта характеристика выше примерно на 15%.
В заключении можно сделать следующие выводы:
1. Компьютерные моделирования достаточно точно отражают реальные процессы и позволяют проводить исследования для оценки все возможных явлений.
2. Компьютерные моделирования на базе инновационных программных комплексов позволяют оценить многие параметры, среди которых, в частности, аэродинамику.
3. Симуляция позволяет исследовать давления, скорости ветра и другие параметры за счет метода конечных элементов.
Список литературы
1. Басов К.А. ANSYS и LMS Virtual Lab. Геометрическое моделирование. М.: Книга по Требованию, 2006. 240 с.
2. Денисов М.А. Компьютерное проектирование. ANSYS: учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал, ун-та, 2014. 77 с.
3. Wootton L.R. Wind force on structures — final report of the task committee on wind forces of the committee on loads and stresses of the structural division, ASCE // Transactions of the American Society of Civil Engineers. 1961. Vol. 126. Issue 2. P. 1124-1198.
4. Вильман Ю.А., Сборщиков С.Б., Алексанин А.В. Механизированная технология вертикальной планировки и возведение монолитных железобетонных фундаментов зданий. Учебное пособие; Стройинформиздат. М., 2015. 88 c.
5. Газаров А.Р. Применение метода конечных элементов для исследования аэродинамики зданий // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 12. С. 282-284.
6. Шишкина А.А. Анализ методов математических исследований условий и безопасности труда // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 10. С. 323-325.
7. Газаров А.Р. Применение программного обеспечения Ansys для выявления аэродинамических характеристик зданий // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 11. С. 344-347.
8. Орлова И.В. Экономико-математические методы и модели: компьютерное моделирование: Учебное пособие. М.: Вузовский учебник, НИЦ Инфра-М, 2013. 389 c.
Ветрянщиков Илья Алексеевич, студент, Ilyamuromec7179@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
TO THE QUESTION OF COMPUTER MODELING AND ANALYSIS OF AERODYNAMICS OF A GROUP OF URBAN AREA BUILDINGS
I.A. Vetranshicov
The software package based on the finite element method compares different aerodynamic characteristics of buildings located in the same area. Mathematical modeling is carried out and parameters such as speed, turbulence, pressure and other characteristics that affect the quality of life in buildings are identified.
Key words: mathematical modeling, computer modeling, finite elements, speed, pressure, aerodynamics, analysis.
Vetranshicov Ilya Alekseevich, student, Ilyamuromec7179@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University
