CC BY
4
УДК 004.94:69
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДВИЖЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ МАСС В ЗАВИСИМОСТИ ОТ НАПРАВЛЕНИЯ ВЕТРА
Т.А. Алексеева
Проводится симуляция движения воздушных масс в районе города с анализом полученных данных. Сравнивается информация о скоростях ветра и давлении, создаваемом на здании при различных направления движения воздушных масс с дальнейшим выбором наиболее оптимального расположения зданий.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, анализ данных, исследование, математическое моделирование, аэродинамика, строительство.
Проектирование районов является сложным процессом, включающим разработку технической документации, сбор необходимых данных (землеустроительных, сейсмических, ветровых), выбор материалов, расчет конструкций [1,2]. Подобное возможно осуществить в системах автоматизированного проектирования, однако получение, расчет и анализ некоторых данных весьма затруднено. К подобным могут относиться данные об акустике, аэродинамике, экологии. Анализ и учет этих параметром позволит улучшить комфортность проживания, а также снизить влияние нового района на биосферу.
Исследования аэродинамики возможно в программных средах на подобии Ansys, Algor, COSMOS/M и др. Однако наибольшее распространение получила программа Ansys, в виду относительной простоты использования и широкого набора функциональных возможностей, например, расчеты: композитных материалов, прочностные и температурные, статические и динамические расчеты конструкций, гидродинамические, электродинамические, и др. [3-5]
Поэтому именно программа Ansys была выбрана в качестве основной при анализе влияния ветра на здания прилегающую территорию выбранного района. Рассматриваемая модель повторяет расположение, размеры и формы зданий района, который располагается в Тульской области. Целью исследования является определение влияния направления ветра на его дальнейшую траекторию, скорость и давление. С этой целью было проведено два моделирования движения ветра на группу зданий, отличающиеся направлением ветра. Подобные работы [6-8] уже были проведены ранее другими авторами, однако настоящая отличается компоновкой задачи и масштабом исследований.
Были получены схемы движения ветра на высоте 2 м от уровня земли (рис. 1) при начальном значении скорости ветра 16,5 м/с при разных направлениях (рис. 1, а и б).
а б
Рис. 1. Скорость ветра на высоте 2 метров в зависимости от его первоначального направления
Исходя из схем (рис. 1) направление ветра №1 (рис. 1, а) создает в пространстве между зданий области, в которым скорость ветра составляет не более 4 м/с, при ветре №2 таких областей существенно меньше и скорость в них выше (достигает 22 м/с). Это связано с образовани-
247
Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып. 12
ем препятствия в результате ориентации зданий относительно ветра №1. С точки зрения образования зон с низкой скоростью перемещения воздушных масс ветер №1 является более предпочтительным для создания комфортных условий жизни людей и соответственно их нахождения на территории представленных групп зданий.
Для сравнения также представлены схемы движения ветра на высоте 25 м (рис. 2).
а б
Рис. 2. Скорость ветра на высоте 25 метров в зависимости от его первоначального
направления
На высоте 25 метров схема движения ветра точно такая же, как и на высоте 2 метров, однако на высоте происходит увеличение скорости движения ветра примерно на 5%. Также для более комплексного исследования были изучены давления ветра (рис. 3).
а б
Рис. 3. Давление ветра на высоте 25 метров в зависимости от его первоначального
направления
Основное давление создается в зонах и на пути следования ветра при его встрече со зданиями. При этом в первом случае наибольшее давление создается в районе первых двух зданий на пути следования ветра. Во втором случае давление воспринимают здания и находящиеся в первой линии на пути движения воздушных масс, но и стоящие за ними. Величина давления, оказываемая на первую линию сооружений практически одинакова.
Математическое моделирование позволило получить широкий набор сведений и информации, необходимой для правильного проектирования зданий при воздействии на них сильного ветра. Что позволит учесть влияние новых зданий и целых групп сооружений на живую и не живую природу, тем самым уменьшив пагубное влияние и снизив последствия, например для экологии, а также улучшив условия жизни людей.
Было установлено, что направление ветра №1 создает в пространстве между зданий области, в которым скорость ветра составляет не более 4 м/с, при ветре №2 таких областей существенно меньше и скорость в них выше более, чем в 3 раза, аналогичная картина наблюдается и при исследовании давления ветра.
Список литературы
1. 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 с.
2. 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.
3. Басов К.А. ANSYS и LMS Virtual Lab. Геометрическое моделирование / К.А. Басов. М.: Книга по Требованию, 2006. 240 c.
4. Денисов М.А. Компьютерное проектирование. ANSYS: учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал, ун-та, 2014. 77 с.
5. Гусев В.Г., Петухов Е.Н., Вуколов А.М. Анализ течения рабочей жидкости через сопло гидрорезной установки в программе ANSYS // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. Вып. 1. С. 260-266.
6. Савкова О.А. Использование компьютерного моделирования для исследования аэродинамики района // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 3. С. 151-153.
7. Сорокина Е.Ю. Проектирование и анализ существующих конструкций с применением современных математических методов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 6. С. 127-129.
8. Газаров А.Р. Анализ и обработка информации при исследовании аэродинамических характеристик сооружений // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 8. С. 84-86.
Алексеева Татьяна Александровна, студентка, antarestarf@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPARATIVE ANALYSIS MOTION OF AIR MASSES DEPENDING ON WIND DIRECTION
T.A. Alekseeva
Simulation of the movement of air masses in the city area is carried out with the analysis of the data obtained. The information on wind speeds and pressure generated on the building for different directions of air mass movement is compared with a further choice of the most optimal location of the buildings.
Key words: computer modeling, data analysis, research, mathematical modeling, aerodynamics, construction.
Alekseeva Tatiana Aleksandrovna, student, antarestarf@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
