МЕТОД АНАЛИЗА АЭРОДИНАМИКИ ЗДАНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ НА БАЗЕ МКЭ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 004.94; 69

МЕТОД АНАЛИЗА АЭРОДИНАМИКИ ЗДАНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ НА БАЗЕ МКЭ

К.А. Калинин

Проводится компьютерное моделирование обтекания жилого здания воздушными массами. Приводится аналитическое сравнение аэродинамических характеристик здания в различных условиях.

Ключевые слова: математический анализ, аэродинамика, компьютерное моделирование, программный комплекс, метод конечных элементов.

Исследования, основанные на компьютерных и математических моделированиях, является одним из основополагающих при проектировании, сравнительном анализе, изобретательской деятельности. В качестве основного метода построения математической модели в большинстве программных комплексов лежит метод конечных элементов. Данный метод подходит для решения широкого круга задач связанных с перераспределением жидкостей и газов, нагружении различных конструкций, анализе электромагнитных полей, акустических воздействий и вибраций [1 - 3]. Так, например, ПО Ansys зачастую используется для оценки аэродинамики зданий [4, 5].

В качестве примера, в работе рассматривается П-образное здание высотой 45 м и шириной 50 м. При этом рассмотрим вариант, когда здание обращено в сторону ветра двумя сторонами, как показано на рис. 1.

Рис. 1. Скоростные показатели

Начальная скорость ветра, в исследуемой области составляет 15 м/с, при этом в зависимости от высоты над уровнем земли скорость не меняется, а остается постоянной. Модель движения воздуха является турбулентной к-е. Физические свойства воздуха взяты при температуре 22 градуса Цельсия.

Таким образом рассмотрим, как обтекают воздушные потоки здание. При этом рассматривается 2 варианта:

1. Ветер направлен на лицевую сторону здания (рис. 1, а, рис. 2, а);

2. Движущиеся воздушные массы имеют направление под углом 45° относительно сооружения.

На рис. 2 приведены линии, характеризующие движение воздуха в трехмерной

модели.

Известия ТулГУ. Технические науки. 2020. Вып. И

а

Velocity

б

Рис. 2. Скоростные показатели

Как видно из рис. 1 и 2 в области, находящейся за зданием наблюдается значительное снижение скорости ветра, т.е. здание является препятствием для движущихся воздушных масс. К тому же на границах со зданием возникают завихрения. Скорость движения ветра за сооружением снижается в некоторых областях до 0. При этом по обе стороны обтекания воздухом здания увеличивается скорость движения воздушных масс до 25 и 21 м/с соответственно для случаев, когда ветер направлен на лицевую сторону здания и под углом к нему.

Помимо скорости ветра, важным параметром является общее давление (рис. 3).

а б

Рис. 3. Общее давление

В первом случае (рис. 3, а) общее давление возрастает до 290 Па, а во втором случае (рис. 3, б) до 280 Па.

Подобные программы и программные комплексы, наподобие Ansys способствуют не только значительному сокращению временных и трудозатрат на различные исследования, но и благодаря данному ПО снижаются финансовые издержки на проектирование, в данном случае зданий.

Целью данного исследования является анализ возможностей программы и анализ того, как воздушные массы обтекают здание с различных сторон. В данном случае, значительного влияния расположения сооружения относительно к направлению ветра не было выявлено.

Список литературы

1. Белова И.М. Компьютерное моделирование. М.: МГИУ, 2008. 81 c.

2. Никитин А.В. Компьютерное моделирование физических процессов. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2011. 679 c.

3. Алгазинов Э.К., Сирота А. А. Анализ и компьютерное моделирование информационных процессов и систем; под общ. ред. проф. д.т.н. Э.К. Алгазинов. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2009. 416 c.

4. Семенов А.С. Использование разрушающих и неразрушающих методов контроля физикомеханических характеристик материала строительных конструкций // Строительные материалы. 2010. № 12. С. 86-87.

5. Крыгина А.М., Севрюкова Л.В. Современные подходы к реализации сложных проектов российских строительных компаний на основе конкурентоспособности стратегии: мемуары // Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 8. С. 24-27.

Калинин Кирилл Алексеевич, студент, den-arti 777@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

METHOD FOR ANALYSIS OF AERODYNAMICS OF BUILDINGS USING SOFTWARE

COMPLEXES BASED ON FEM

K.A. Kalinin

Computer modeling of the air flow around a residential building is carried out. Such a comparison of the aerodynamic characteristics of the building and analytical characteristics in different conditions is given.

Key words: mathematical analysis, aerodynamics, computer modeling, software package, finite element method.

Kalinin Kirill Alekseevich, student, den-arti777@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University