Влияние посадки деревьев на структуру приземного воздушного потока внутри городской застройки Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

4./2011 ВЕСТНИК _7/202J_МГСУ

ВЛИЯНИЕ ПОСАДКИ ДЕРЕВЬЕВ НА СТРУКТУРУ ПРИЗЕМНОГО ВОЗДУШНОГО ПОТОКА ВНУТРИ ГОРОДСКОЙ

ЗАСТРОЙКИ

EFFECT OFPLANTINGTREESONTHE STRUCTURE OFSURFACEAIR FLOW INSIDE THECITYBUILDING

С.И. Дубинский, А.В. Дорошенко S.I. Dubinsky, A.V. Doroshenko

ГОУ ВПО МГСУ

В статье исследуется структура приземного воздушного потока внутри городской застройки. Анализируется влияние посадки деревьев и других зеленых насаждений на воздушные потоки. Выполнено сравнение экспериментальных результатов с данными численного моделирования.

The structure ofground-levelairflowinside thecity building is researched in this paper. Theimpact ofplantingtreesandothergreeneryon theair flow is analyzed. The comparison ofex-perimental results with the results of numericalcalculations is realized.

Структура приземного воздушного потока внутри городской застройки сложным образом зависит от относительного расположения, размеров, форм и некоторых архитектурных особенностей (таких, как проемы первого этажа) входящих в нее зданий, от шероховатости и особенностей рельефа местности вокруг данной застройки и возможного близкого соседства одного или нескольких высотных зданий.

Вызываемый ветром дискомфорт также сказывается и на пригодности к нормальной эксплуатации открытых площадок внутри застроенной территории. Формы некоторых зданий и композиции открытых пространств могут приводить к возникновению сравнительно интенсивных местных воздушных течений. И задача проектировщика уже на стадии разработки проекта - выявить наличие зон, где такие течения могли бы вызвать недопустимые дискомфортные условия для тех, кто будет пользоваться открытыми площадками. Если такие зоны существуют, то необходимо применить соответствующие проектные решения для их ликвидации.

Посадка деревьев является одной из наиболее популярных мер по совершенствованию открытых пространств. Она помогает избегать сильных порывов ветра вокруг высотных зданий, совершенствует наружный тепловой комфорт и т.д.

Применение наиболее современных средств численного моделирования для определения наиболее эффективного размещения зеленых насаждений явилось предметом настоящего исследования.

В качестве тестовой задачи рассмотрен эксперимент о влиянии деревьев на ветровые потоки, проведенныйяпонскими учеными [1].

Расчет выполнялся с использованием лицензионного программного комплекса по aэpoгидpoдинaмикeANSYSCFX, установленного в Научно-образовательном центре компьютерного моделирования МГСУ. Методика подробно описана в [5].

Для удобства вариантных расчетов разработаны параметризованные макросы как для генерации сетки (создается текстовый файл формата CDB), так и для назначения граничных условий и характеристик среды (ССЦ), а также для ввода экспериментальных данных, удобства обработки и анализа результатов (CST)

I

Рис.1. Моделируемый объект

Ub=5.6[m's]

w

lO.ii

J

i'i-

Ä/ Gfit

H-7m

■ ■

Ж

5.8m

)l 2m

Рис.2. Расчетная схема

Расчеты проводятся в квазидвумерной постановке. "Дерево" моделируется как подобласть, характеристики которой подбираются для лучшего воспроизведения эксперимента.

Нами была принята изотропная модель потерь, использующая такие параметры как проницаемость и коэффициент потерь, на основе обобщенной формы закона Дар-си:

dp

— = —U + Kloss ^\U\Ul dx,. K_ ' loss 21 1 '

(1)

где /и -динамическая вязкость, К ре}ш - проницаемость, К1о^ - эмпирический коэффициент потерь.

Верифицированная таким образом модель дерева может быть загружена в модели реальной застройки [5].

1 5т 1.3т' 1.5т 1.5т

{П5Н0.5Н Ш

20

ЗН

4Н

5М

Рис.3. Точки замеров

X/H

Z[m] 0,25 0,5 1 2 3 4 5

1,5 0,386 0,412 0,475 0,521 0,533 0,500 0,473

3 0,547 0,455 0,403 0,408 0,451 0,466 0,462

4,5 0,600 0,488 0,404 0,386 0,449 0,492 0,495

6 0,462 0,494 0,457 0,463 0,526 0,582 0,586

Таблица 2. Приведенная кинетическая энергия турбулентности.

X/H

Z[m] 0,25 0,5 1 2 3 4 5

1,5 0,011 0,013 0,016 0,020 0,037 0,034 0,040

3 0,021 0,016 0,014 0,015 0,031 0,033 0,043

4,5 0,026 0,025 0,014 0,018 0,037 0,044 0,054

6 0,026 0,025 0,027 0,034 0,052 0,069 0,072

Измерения проводились в точках, которые представлены на рисунке 3. Рассмотрим полученные результаты для скоростей ветра и кинетической энергии турбулентности.

У/УН

1....../Г±. / ........д / у

:..... ..... .....л_____ Г /

1

* * * 1 [I

} * ь ___

Г *- 1 ? 1 1

# т < I к £ V

.1. ......, ....... .........1

Ь -■« «■ »--- & г з н ! в 1 • -«-1 »

Рис. 4. Приведенная скорость ветра в сечениях по расчету и эксперименту

WVH

) /

( W ;/

г/..... - Т/ «1 •1 #1 / f f f I t .....ff"''

tf ¡1 г 1 ¿1 и IT 7 *

1 p /i , .1, ..i_________

* 1 L i ip—

ч J I

1/

О.7 О.О

Рис. 5. Приведенная TKE в сечениях по расчету и эксперименту

VB

ив>

I М5

1 t' 7

1 И»

1 ала

У

I

Рис.6. Приведенная скорость ветра.

Полученные результаты указывают на то, что посадка деревьев является одной из мер по совершенствованию открытых пространств. Она помогает избегать сильных порывов ветра, совершенствует наружный комфорт.Численный расчет, проведенный в квазидвумерной постановке, где "дерево" моделируется как подобласть с изотропной моделью потери импульса дает очень близкие результаты к результатам эксперимента.

Литература

1. A. Mochida, Y. Tabata, T. Iwata, H. Yoshino, «Examining tree canopy models for CFD prediction of wind environment at pedestrian level», Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 96 (2008), pp. 1667-1677.

2. ANSYS CFX 12.0. User's Guide. Canonsburg 2008.

3. Y. Tominaga, R. Yoshie, A. Mochida, H. Kataoka, K. Harimoto, T. Nozu., «Cross Comparisons of CFD Prediction for Wind Environment at Pedestrian Level around Buildings», the Sixth Asia-Pacific Conference on Wind Engineering (APCWE-VI) Seoul, Korea, September 12-14, 2005.

4. Y. Tominaga, A. Mochida, R. Yoshie, H. Kataoka, T. Nozu, M. Yoshikawa, T. Shirasawa, «AIJ guidelines for practical applications of CFD to pedestrian wind environment around buildings», Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 96 (2008), pp. 1749-1761.

5. Дубинский С.И. Численное моделирование ветровых воздействий на высотные здания и комплексы», дисс...к.т.н., МГСУ, Москва. 2010, 198с.

6. МДС 20-1.2006. Временные нормы по назначению нагрузок и воздействий, действующих на многофункциональные высотные здания и комплексы в Москве. М., ЦНИИСК, 2006.

4./2011 ВЕСТНИК _4/20ТТ_МГСУ

7. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, 1996.

8. Симиу Э., Сканлан Р. Воздействие ветра на здания и сооружения. М.,Стройиздат. 1984.

The literature

1. Dubinsky S.I. Numerical simulation of wind loading on tall buildings and their complexes», diss. of Candidate of Science, Moscow 2010, MGSU, 198p.

2. MDS 20-1.2006. Temporary regulations on the appointment of loads and effects acting on the multi-functional high-rise buildings and complexes in Moscow. M. CNIISK, 2006.

3. SNIP 2.01.07-85 *. Loads and impacts. Ministry of Construction of Russia. - M.: Enterprise Support Center, 1996.

4. Simiu E., Scanlan R. Wind effects on buildings and structures. M. Stroiizdat. 1984.

Ключевые слова: аэродинамика, ANSYSCFX, пешеходная комфортность, приведенная скорость ветра, приведенная кинетическая энергия турбулентности

Key words: aerodynamics, ANSYS CFX, pedestrian comfort, reduced wind speed, the reduced kinetic energy of turbulence

Почтовый адрес автора(ов): 129337, г.Москва, Ярославское ш.26 Телефон/факс автора(ов):(499)929-50-17 e-mail aemopa(oe):[email protected], [email protected]

Рецензент: Белостоцкий Александр Михайлович, д.т.н., профессор, Гендиректор ЗАО НИЦСтаДиО