CC BY
28
УДК69
Д.Е. Пашков
студент 4 курса БГТУ им. В.Г. Шухова,
г. Белгород, РФ E-mail: de.pashkov@gmail.com Д.С. Варибрус аспирант 2 курса БГТУ им. В.Г. Шухова,
г. Белгород, РФ E-mail: xisdima@list.ru
ВЫЧИСЛЕНИЕ ВЕТРОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ПУТЁМ ПРИМЕНЕНИЯ
CFD-МОДЕЛИРОВАНИЯ
Аннотация
Введение. Разработка конструкции здания включает в себя расчет прикладываемых ветровых нагрузок в процессе проектирования. Доступные данные кодов для расчета ветрового воздействия в этих кодах извлечены из экспериментов в аэродинамической трубе, но они не охватывают все типы проектируемых конструкций. В процессе проектирования проектировщику необходимо предоставить расчетные параметры ветра, учитывая, что экспериментальные данные являются дорогостоящими и не всегда доступны.
Цель. Применить метод CFD-моделирования, в целях получить исходные данные для расчета ветрового воздействия.
Метод исследования. Исследование приведено с применение методом вычислительной гидродинамики (далее CFD) и сравнение его с полученными результатами из аэродинамической трубы, описанными в Еврокоде и ASCE10.
Ключевые слова
Строительство, CFD-моделирование, современные технологии
CFD-моделирование - один из подразделов механики сплошных сред. Подраздел призван вычислять характеристики потоковых процессов при помощи вычислительных и физико-математических методов. CFD-моделирование позволяет оценить температуру и смоделировать движение воздушных потоков в действующем или проектируемом центре обработки данных. Для любого исследования в области гидродинамики необходимо использовать систему из основных уравнений гидрогазодинамических потоков и выбрать один из методов решения этой системы.
Программное обеспечение ANSYS FLUENT 15.0 использовалось для выполнения расчетов стационарного потока на основе метода конечных объемов для решения этих уравнений.
Исследуемой моделью для валидации CFD-моделирования является здание с двускатной крышей с размерами: 6.6 м (L) х 6,6 м (W) х 6 м (Hg), как показано на рисунке 1. Это здание ранее испытано в аэродинамической трубе Ниигатского технологического института, а затем результаты были внесены в Tominaga et al. [1] для щипцовых рам, но для разных уклонов (3:10, 5:10, 7.5:10). Исследуем характеристики этой модели с уклоном крыши, равным 5:10 (26,6 °). Область вокруг разделена на 2 555 829 тетраэдрических ячеек вместо гексаэдральных, чтобы повысить точность результатов. Рис. 2 (a) - (d) демонстрирует область анализа и сетку дискретизации. Предполагаемая область шириной 9Hg, высотой 9Hg и длиной 21Hg используется так, чтобы можно было охватить весь поток и представить полный путь воздуха вокруг здания сверху вниз по течению. Используемая скорость ветра составляет 100 миль в час при угле падения, равном 0 °, перпендикулярно стене. Задача решена с использованием давления 2-й степени, импульс и плотность воздуха по умолчанию 1,225 кг / м3; Количество итераций для получения результатов ограничено 500.
~ 206 ~
Рисунок 1 - Схематическое изображение модели двускатной крыши
(d) Plan of Domain Mesh
Рисунок 2 - Размеры двускатной крыши и сетки.
Эта модель анализируется с тремя различными типами потока; ламинарным в качестве стандартного случая проектных кодов, турбулентным (RNG k-£) и кавитационным (LES), затем проводится сравнение между результатами трех методов для изучения различий между воздействиями каждого типа потока на коэффициенты давления граней конструкции.). Средний коэффициент давления для каждого типа потока на модельных поверхностях, рассчитанный методом CFD, суммирован в таблице 1.
Таблица 1
Сравнение трех типов потока для изучаемой двускатной крыши
Сторона исследуемой конструкции Средний коэффициент давления
Ламинарный поток RNG k-£ LES
Передняя сторона 0,814 0,777 0,769
Задняя сторона -0,381 -0,409 -0,412
Передняя крыша -0,617 -0,578 -0,566
Задняя крыша -0,640 -0,395 -0,483
Результаты трех изученных типов потока показывают, что существует различие между скоростью каждого из них из-за разницы между движением частиц через область вокруг здания и образование вихря при турбулентном типе потока. Значения распределенного давления вокруг конструкции одинаковы с небольшим изменением, также средние коэффициенты давления на модельных поверхностях почти одинаковы для обоих типов потока RNG k-£ и LES, в то время как модель с ламинарным потоком дает более консервативные значения. Чтобы оценить точное значение коэффициента давления сравним его с проектными нормативными значениями.
(d) Velocity distribution for (c) Velocity distribution for (f) Velocity distribution for
Laminar flow Turbulent RNG LES flow
Рисунок 4 - Коэффициенты давления и распределение скоростей на вертикальном участке вокруг
двускатной крыши с уклоном 5:10.
Сравнение показывает, что применение метода CFD позволяет получить приемлемое значение ветрового давления на стены и подветренной стороны крыши, но все еще далеко от измеренных значений в наветренной крыше.
Выводы: Основные выводы приведены в следующих пунктах:
1) Проверка применения метода CFD на двускатной скатной кровле показывает, что тип ламинарного потока является более консервативным, чем в двух других применяемых моделях (RNG k-£) и (LES).
2) Результаты CFD очень близки к экспериментально полученным значениям для стен и подветренной стороны крыши, но есть разрыв между результатами для наветренной стороны крыши.
Список использованной литературы:
1. Yasushi Uematsua, Raku TsuruishiWind load evaluation system for the design of roof cladding of spherical domes
J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 96 (2008), pp. 2054-2066
2. N.M. Guirguisa, A.A. Abd El-Aziz, M.M. NassiefStudy of wind effects on different buildings of pitched roofs Desalination, 209 (2007), pp. 190-198
© Пашков Д.Е., Варибрус Д.С., 2019
УДК 658.7.07
К.А. Добровольская
студент ТИУ, г. Тюмень, РФ Научный руководитель: Л.Л. Тонышева
д-р. экон. наук, профессор ТИУ, г. Тюмень, РФ
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛОГИСТИЧЕСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ И ФАКТОРЫ
ЕЕ ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
Аннотация
Рассмотрено влияние различных факторов на инфраструктуру современных логистических систем,
~ 208 ~
