Название: Аналитические и численные методы решения задач аэродинамики наземных сооружений - (Т.А. Коротаева)

Жанр: Экономика

Просмотров: 1544


1.2. изменение по высоте температуры, скорости ветра и барометрического давления

 

Аэродинамика высотных зданий имеет свою специфику, так как для них влияние наружных климатических воздействий и величины градиентов перемещения потоков массы и энергии внутри здания являются по своей значимости экстремальными.

Известно [1], что в холодный и теплый периоды года температура наружного воздуха понижается примерно на 1 °С через каждые 150 м высоты, атмосферное давление понижается примерно на 1 гПа через каждые 8 м высоты, а скорость ветра увеличивается.

Изменение температуры и атмосферного давления в зависимости от высоты описывается следующими формулами [1]:

,                                    (1)

,                 (2)

где th, ph – соответственно температура, °С и давление, Па на высоте h, м; t0, p0 – соответственно температура, °С и давление, Па у поверхности земли.

Для оценки изменения скорости ветра в зависимости от высоты используются различные модели – спираль Экмана, логарифмический закон, степенной закон [1, 2, 7, 9]. Эти модели позволяют оценить скорость ветра v на высоте h, если известна скорость ветра v0 на высоте h0. Например, степенной закон изменения скорости ветра в зависимости от  высоты имеет вид [1, 7, 9]:

,                                        (3)

где vh – скорость ветра, м/с на высоте h, м; v0 – скорость ветра, м/с, измеренная на высоте h0, м (как правило, скорости ветра измеряются на высоте 10 м, и в этом случае h0 = 10 м); a – показатель степени, зависящий от типа местности и устанавливаемый экспериментально; в работе [1] рекомендуется для центров крупных городов принимать a = 0,33.

Вместе с тем часто известна скорость ветра, измеренная на метеорологической станции, которая располагается, как правило, на открытой местности. В условиях плотной городской застройки скорость ветра на той же высоте будет ниже. Скорость ветра v на высоте h в зависимости от типа местности в модели степенного закона рассчитывается по формуле [9]

                              (4)

где vh – скорость ветра, м/с на высоте h, м на местности, тип которой характеризуется показателем степени a и толщиной пограничного слоя d; v0 – скорость ветра, м/с, измеренная на высоте

h0, м на местности, тип которой характеризуется показателем степени a0 и толщиной пограничного слоя d0; a – показатель степени, зависящий от типа местности и устанавливаемый экспериментально; d – толщина пограничного слоя, м.

Для рассматриваемого типа местности в работе [1] рекомендуются следующие значения a и d: для центров крупных городов a = 0,33, d = 460 м; для условий пригорода (в данном случае под пригородом понимается местность, в которой в радиусе 2 000 м расположена малоэтажная застройка или лесопарковые массивы) a = 0,22, d = 370 м; для открытой местности a = 0,14, d = 270 м.

a0, d0 – показатель степени и толщина пограничного слоя для местности, на которой зафиксирована скорость ветра v0; как правило, скорости ветра измеряются на метеорологических станциях, расположенных на открытой местности на высоте 10 м, и в этом случае h0 = 10 м, a0 = 0,14, d0 = 270 м.

Под пограничным слоем понимается приземный слой атмосферы, в котором поверхность земли оказывает тормозящее воздействие на движущую массу воздуха. Возрастание скорости ветра происходит в пределах пограничного слоя. выше пограничного слоя (в свободной атмосфере) скорость ветра постоянна (градиентная скорость). Толщина пограничного слоя в общем случае зависит от состояния атмосферы, типа местности, широты местности и силы ветра. В рассмотренной в разд. 1.2 методике принимается инженерное допущение – толщина пограничного слоя зависит только от типа местности, т. е. d является функцией только аргумента a.

По формуле (4) были выполнены расчеты ожидаемых скоростей ветра для трех типов местности – открытого пространства, пригорода и центра крупного города с плотной застройкой. Значения скоростей ветра для открытой местности, зафиксированных на высоте 10 м (h0 = 10 м,  a0 = 0,14, d0 = 270 м), были приняты равными v0 = 1 м/с, 5 м/с и 10 м/с. Результаты расчетов представлены на рис. 3.

Высокие значения скорости ветра на больших высотах, как правило, изменяют угол падения дождевых капель, так что увеличивается количество дождя, падающего на вертикальные поверхности здания. Это может явиться причиной переувлажнения вертикальных ограждающих конструкций. Исследования зависимости угла падения атмосферных осадков различной интенсивности от скорости ветра были проведены А. И. Кругловой и изложены в [6].

 

 

Рис 3. Изменение скорости ветра по высоте в зависимости

от типа местности