Способ визуализации структуры воздушных потоков

Способ визуализации структуры воздушных потоков

Реферат

 

Использование: моделирование объемной структуры потоков в приземном воздушном слое промышленных площадок предприятий с разновысотными произвольно расположенными зданиями. Сущность изобретения: макет промплощадки обдувают в аэродинамической трубе и после сажемасляного метода визуализации в циркуляционных зонах устанавливают стержни с нитями, а затем в граничных областях циркуляционных зон пропускают струйки дыма. Изменения воздушных потоков фиксируют на фотопленку и переносят в виде векторов на генплан исследуемой площадки. Таким образом, получают комплексную качественную картину поведения воздушных потоков в пространстве площадки. 1 з. п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, а именно к способам визуализации картины обтекания воздушным потоком промышленных площадок предприятий с плотной разновысотной застройкой зданий. Известен способ визуализации течения воздушного потока путем впрыскивания в поток индикатора и регистрации изображения его течения на бело-черном фотоматериале. Недостатком способа является то, что полученная картина представляет течение воздушных потоков у поверхности исследуемых объектов, по которым можно судить о направлении и интенсивности потоков только у поверхности исследуемых объектов. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ визуализации направлений напряжений трений на поверхности объекта в аэродинамическом эксперименте. Способ заключается в том, что для аэродинамического эксперимента поверхность исследуемого объекта покрывают визуализирующим веществом (в виде точек или сплошным слоем), потом обдувают исследуемую поверхность потоком газа и фиксируют картину обтекания. Недостатком способа является то, что он позволяет определить структуру воздушного потока только у поверхности исследуемого объекта. При этом выявляются только линии тока и их направления. Целью изобретения является определение объемной структуры воздушных потоков и характера циркуляционных зон в приземном воздушном слое промышленных площадок предприятий с равновысотными произвольно расположенными зданиями. Цель достигается тем, что в способе визуализации структуры воздушных потоков, заключающемся в том, что визуализирующее вещество наносят на поверхность макета исследуемого объекта, обдувают потоком воздуха и после растекания визуализирующего вещества фиксируют картину потоков, макет исследуемого объекта, смоделированный с учетом рельефа местности, устанавливают в рабочей части аэродинамической трубы, а обдув осуществляют в направлениях, соответствующих розе ветров на местности исследуемого объекта, а после фиксации картины потоков в циркуляционных зонах размещают и перемещают в горизонтальных плоскостях и по высоте макета тонкие стержни или струны с закрепленными на них цветными нитями или пучком нитей, предварительно обработанными антистатиком, а затем в пограничные области циркуляционных зон потока вдувают дымовые струйки, при этом структуру воздушных потоков фиксируют на фотопленку и переносят в виде векторов на генплан и аксонометрическую схему исследуемого объекта. Кроме того, макет и его основание изготавливают из прозрачного материала. На фиг. 1 показан макет промышленной площадки в рабочей части аэродинамической трубы, общий вид; на фиг.2 структура воздушных потоков на поверхности макета, включающая расположение проветриваемых и циркуляционных зон с отрывом и присоединением их к поверхности макета промплощадки; на фиг.3 схема воздушных потоков с расположением циркуляционных и проветриваемых зон на генплане промплощадки; на фиг.4 схема воздушных потоков с расположением циркуляционных и проветриваемых зон на кровле зданий промплощадки; на фиг.5 схема воздушных потоков с расположением циркуляционных и проветриваемых зон по разрезу I-I промплощадки; на фиг.6 схема воздушных потоков проветриваемых и циркуляционных зон по разделу II-II промплощадки; на фиг.7 схема воздушных потоков с расположением циркуляционных и проветриваемых зон по разрезу III-III промплощадки. П р и м е р. На основании из органического стекла или другого прозрачного материала толщиной 8-10 мм (кромки основания имеют эллиптическую форму) монтируют макет промышленной площадки. Масштаб макета, при известной скорости внешнего потока, выбирают из условий обеспечения динамического подобия (по числу Рейнольдса) размера рабочей части трубы и допустимой степени загромождения. Подобие структур обтекания для тел с открытыми кромками достигается уже при числе Рейнольдса порядка 1х10 в 4-й степени (характерный размер высота здания меньше высоты). Макеты зданий, сооружений должны быть надежно и без зазоров прикреплены к основанию, что может быть достигнуто при условии изготовления макета и основания из одного и того же материала. Конфигурация поверхностей макета и рельефа должна быть подобна натуре. Перед экспериментом все поверхности макета обезжириваются. Макет устанавливают в рабочей части аэродинамической трубы с учетом розы ветров на местности строительства промышленного объекта (фиг. 1). Из пульверизатора наносят слой визуализирующего сажемасляного состава толщиной не более 0,2 мм. На макет исследуемого объекта, с учетом направления ветра из аэродинамической трубы подают воздух окружающей среды со скоростью не менее 10 м/c, что определяется вязкостью визуализирующего вещества и числом Рейнольдса. В результате вязкого взаимодействия потока воздуха с сажемасляным покрытием визуализирующий состав под воздействием струй воздуха растекается по поверхности в направлении линий тока, образуя картину течения воздуха у поверхностей макета (фиг.2). В местах образования циркуляционных зон (зона 1) визуализирующий состав скапливается, иллюстрируя тем самым непроветриваемость этих зон, на фиг.2 зоны 1 наблюдаются в виде темных пятен, на фиг.3 заштрихованы. Излишки визуализирующего состава из этих зон необходимо удалить например, шприцем с длиной иглы 50-100 мм. Расшифровка заключается в анализе картин вязкого взаимодействия потока с сажемасляной пленкой. Картина, визуализируемая сажемасляным способом, в проветриваемых областях имеет полосатую микроструктуру (зоны N 2) полоски адекватны осредненным линиям тока потока воздуха у поверхности. На линии отрыва потока (зоны N 3) наблюдается скопление масла. В местах присоединения потока (зоны N 4) наблюдается растекание масла. На линии отрыва потока (зоны N 3) в результате скопления визуализирующего состава не видна структура потока. Через 15-20 мин продувки покрытие становится "сухим", и картина взаимодействия воздушных потоков с поверхностью макета закрепляется. Этим способом определяют линии тока (зоны N 2) и расположение границы циркуляционных зон у поверхностей макета (зоны N 1 зоны отрыва и присоединения потоков). Для получения пространственной структуры потока применяют "метод нитей": тонкие и легкие нити (диаметром 0,05-0,1 мм) или пучки нитей длиной 5-20 мм (длина оценивается по картинам, полученным сажемасляным методом) приклеивают одним концом либо к поверхностям моделей, либо к тонким стержням, либо струнам, в исследуемых зонах (фиг. 5, фиг.6, фиг.7). Для исключения электризации нитей их предварительно обрабатывают антистатиком. Для повышения конкретности цвет нитей должен отличаться от цвета покрытия. Места установки стержней (на фиг. 5, 6, 7) показаны точками. Расшифровка структуры воздушных потоков достигается анализом поведения нитей. Если поток стационарен, то нити располагаются вдоль линии тока (зоны N 2) фиг.2. В зоне обратного потока (зоны N 4) концы нитей смещаются в направлении, противоположном основному потоку. В точках отрыва (зоны N 3) фиг.2 нити колеблются хаотично. Полученную, таким образом, картину структуры потока в виде совокупности исследуемых точек в воздушном бассейне макета хорошо проветриваемые зоны (прямые потоки по горизонталям и вертикалям) (зоны N 2) фиг.2, проветриваемые и малопроветриваемые зоны (зоны N 1) фиг.2 переносят на генеральный план промышленных площадок предприятий в виде векторов (фиг.3), аналогично наносится структура потока и на кровли зданий (фиг.4). После этого в граничные области циркуляционных зон специальным зондом или через дренажные отверстия в поверхностях модели вводят дым. При соответствующем (боковом) ракурсе освещения в задымленных, т.е. малопроветриваемых областях, хорошо видно перемещение дымовых струек, иллюстрирующее процесс обмена газа циркуляционных зон с окружающей воздушной средой (зоны N 4, фиг.8). Данный способ имеет следующие технико-экономические преимущества по сравнению с прототипом. Позволяет получить объемную структуру воздушных потоков и выявить следующие характеристики: расположение и размеры циркуляционных зон, их характер и поведение воздушных потоков в зонах; характер взаимодействия циркуляционных зон с окружающей средой; перемещение зон в приземном воздушном пространстве; влияние взаимного расположения зданий и отдельных элементов на структуру воздушных потоков на промплощадке. В результате учета этих фактоpов выявляется возможность оптимизировать планировку предприятия с точки зрения лучшего вентилирования воздушного пространства промплощадки и максимально ликвидировать застойные зоны.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ВИЗУАЛИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ, заключающийся в том, что визуализирующее вещество наносят на поверхность макета исследуемого объекта, обдувают потоком воздуха и после растекания визуализирующего вещества фиксируют картину потоков, отличающийся тем, что, с целью определения объемной структуры потоков и характера циркуляционных зон в приземном воздушном слое промышленных площадок предприятий с разновысотными произвольно расположенными зданиями, макет исследуемого объекта, смоделированный с учетом рельефа местности, устанавливают в рабочей части аэродинамической трубы, а обдув осуществляют в направлениях, соответствующих розе ветров на местности исследуемого объекта, а после фиксации картины потоков в циркуляционных зонах размещают и перемещают в горизонтальных плоскостях и по высоте тонкие стержни или струны с закрепленными на них цветными нитями, предварительно обработанные антистатиком, и затем в граничные области циркуляционных зон потока вдувают дымовые струйки, при этом структуру воздушных потоков фиксируют на фотопленку и переносят в виде векторов на генплан и аксонометрическую схему исследуемого объекта. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что макет и его основание изготавливают из прозрачного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8