Подобие аэродинамических процессов

Первым условием подобия аэродинамических процессов в натуре и на модели является геометрическое подобие здания и модели. Отношение соответственных размеров здания /н и модели /м называется масштабом линейных размеров:

Для неустановившихся процессов применяют также масштаб времени тт. Выбор конкретных размеров и характеристик потока для каждого случая проводят с учетом критериев подобия. В общем виде

неустановившееся движение вязкой несжимаемой жидкости описывается системой уравнений Навье—Стокса и уравнения неразрывности с

соответствующими начальными и граничными условиями. Пользуясь этими уравнениями, можно установить критерии подобия, определяющие рас-

рассматриваемый процесс:

1) критерий гомохронности процессов (Стру-

халя) Sh = l/(vx)\

2) критерий Фруда Fr — v2/(gl)\

3) критерий Рейнольдса Re—t>//v;

4) критерий Эйлера Eu=p/(pi>2).

Критерий Струхаля Sh обычно применяют при изучении нестационарных процессов. Статическое давление на поверхности, а следовательно, и аэродинамический коэффициент не зависят от этого критерия.

Критерий Фруда Fr представляет собой отношение силы инерции

единицы массы жидкости к силе тяжести Этот критерий применяют в случае обтекания тела двухфазной жидкостью или при исследовании процессов сопротивления среды на границе двух сред (например, для тел, плавающих на поверхности воды).

На значение аэродинамического коэффициента критерий Фруда практически не ока-

оказывает влияния.

Критерий Рейнольдса Re показывает отношение силы инерции и силы внутреннего трения (вязкости), действующих на единицу массы жидкости. Этот критерий играет важную роль в аэродинамических исследованиях.

Критерий Эйлера Ей представляет собой отношение силы давления к силе инерции потока. Критерий Эйлера иногда называют коэффициентом

давления в данной точке. Физический смысл этого критерия аналогичен физическому смыслу получившего распространение в практике строи-

строительства аэродинамического коэффициента;

Для турбулентного потока, газа свойственно нерегулярное изменение направления и скорости в каждой его точке. Характеристикой турбулентности, учитывающей пульсации, является степень

турбулентности данного потока

где у (v у — пульсационная скорость, осредненная по времени; v — осредненная

по времени скорость потока воздуха.

При моделировании аэродинамических процессов в турбулентных потоках необходимо, чтобы в подобных потоках степени турбулентности

были равны:

где 8Н и 8м — степени турбулентности потоков в натуре и модели.

Таким образом, при моделировании аэродинамических процессов

в турбулентных потоках однородной несжимаемой жидкости для соблюдения подобия необходимо выполнить условие равенства критериев

Sh (только для процессов, зависящих от времени), Re, Eu и степени турбулентности е.

Результатом исследования аэродинамических характеристик зданий должна быть зависимость

Исследования обтекания зданий и других плохо обтекаемых тел показали весьма слабую зависимость kaэp от критерия Re при значе-

значениях Re>>103. Практическое отсутствие функциональной зависимости

искомой величины от критерия называется автомодельностью относительно этого критерия. Автомодельность аэродинамического коэффи-

коэффициента относительно критерия Re объясняется явлением срыва потока

с острых кромок и наличием интенсивных вихревых потоков. Автомодельность относительно Re позволила при определении аэродинамических коэффициентов на моделях зданий соблюдать лишь геометрический (линейный) масштаб, т. е. подбирать при моделировании любую скорость, удобную для проведения замеров. Влияние степени турбулентности на значения аэр обычно не учи-

учитывается, так как замеры степени турбулентности в потоке воздуха и регулирование этой степени требуют сложного оборудования и

специального исследования. Этим объясняется разница в результатах, полученных для одинаковых моделей, обдуваемых в разных

аэродинамических трубах.

№32. Аэродинамический коэфицент и методика определения. Аэродинамический коэффициент показывает отношение избыточного статического давления в одной из точек наружной поверхности здания к динамическому давлению ветра: Энергетический смысл К_аэр заключается в том, что его значение показывает в долях, какая часть удельной кинетической энергии превращается в удельную потенциальную.Если w₂ <w₁, то К_аэр >0 – наветренный коэффициент.Если w₂ >w₁, то К_аэр <0 – заветренный коэффициент. В точках А и Б – К_аэр=1.

Аэродинамические коэффициенты определяются экспериментально в аэродинамической трубе.Задачами аэродинамики здания являются:

– определение ветровой нагрузки на здание;

определение разности давлений снаружи и внутри здания; –

определение размеров застойной зоны (аэродинамического следа) и условий циркуляции воздуха в ней.

Величина аэродинамического коэффициента уточняется коэффициентом распределения давления по высоте здания:– если соотношение высоты здания к протяженности фасада Н/L <1, то обтекание происходит над зданием и принимают среднюю по высоте скорость ветра; –для высоких зданий (Н/L>1) считается, что обтекание происходит в горизонтальном направлении с боков здания. Давление определяется по локальному аэродинамическому коэффициенту и скорости в каждой точке здания.

Эти соотношения получены на основе теории подобия, т. к. при Re >10³ наступает автомодельный режим течения воздуха и коэффициент К_аэр не зависит от Re, а зависит только от геометрического масштаба (Н/L).

На значение аэродинамического коэффициента некоторое влияние

оказывает открытие окон в здании и организация сквозного проветри-

проветривания (аэрация под действием ветра). Однако в практических расчетах

этим влиянием пренебрегают. Последние исследования показали, что

значение аэродинамического коэффициента зависит от распределения скоростей в набегающем потоке

Дата добавления: 2017-01-13