ДИНАМИЧЕСКАЯ И ТЕПЛОВАЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ В СИСТЕМЕ ИЗ ДВУХ МОДЕЛЕЙ ЗДАНИЙ

Рассмотрены явления тепловой и динамической интерференции, возникающей при обтекании потоком воздуха двух моделей зданий в виде квадратных призм, расположенных на малом удалении друг от друга. Выделены общие особенности, установлены зависимости из изменений взаимного расположения, отмечены характерные явления, вызванные взаимодействием потоков.

Цель данных исследований заключается в экспериментальном изучении динамической и тепловой интерференции тандема из двух моделей зданий в виде квадратных призм в зависимости от их взаимного расположения.

За последние годы мировой наукой накоплена обширная база знаний о воздействиях ветра на объекты различной формы, такие как призмы, пирамиды, цилиндры и т. п. В каждом из этих случаев движение воздуха имело уникальные отличительные особенности. Аналогичным образом выполнялись исследования и для группы объектов на предмет их взаимного влияния на изменение как ветровых нагрузок, так и теплообмена. Рассматривалось их взаимное влияние на движение воздуха и его турбулизацию.

Можно выделить два основных направления в исследовании ветрового воздействия. Первое – это воздействие ветра как силовая нагрузка на здание, второе – движение ветра является источником конвективного теплообмена здания.

Предметом исследования являются параметры интерференции, позволяющие оценить степень влияния на поле давления и теплоотдачи возмущений, вносимых впереди расположенными преградами.

На первом этапе были изготовлены физические модели для исследования полей давления на различных гранях и коэффициентов локального и среднего теплообмена в условиях вынужденной конвекции. Следующим шагом стало совместное рассмотрение ветровой (динамической) нагрузки и тепловых потоков, попытки обнаружить общие черты в изменениях в зависимости от взаимного расположения моделей. Все эксперименты были выполнены на аэродинамическом стенде кафедры «Технология строительного производства» ТГАСУ.

В результате проведенных исследований показано, что коэффициенты динамической и тепловой интерференции при обтекании двух призм в следе друг за другом сильно различаются между собой. При этом тепловая интерференция оказывается весьма консервативной по сравнению с динамической. С использованием параметров интерференции можно легко проанализировать значения экстремальных давлений и тепловых потоков на поверхности моделей в зависимости от большого числа факторов, в том числе и их взаимного расположения.

1. Kim W., Tamura Y., Yoshida A. Interference effects on local peak pressures between two buildings // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2015. V. 147. P. 186–201.

2. Yu X.F., Xie Z.N., Zhu J.B., Gu M. Interference effects on wind pressure distribution between two high-rise buildings // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2015. V. 142. P. 188–197.

3. Yu X.F., Xie Z.N., Wang X., Ca B. Interference effects between two high-rise buildings on wind-induced torsion // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2016. V. 159. P. 123–133.

4. Yu X., Xie Z., Gu M. Interference effects between two tall buildings with different section sizes on wind-induced acceleration // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2018. V. 182. P. 16–26.

5. Hui Y., Yoshida A., Tamura Y. Interference effects between two rectangular-section high-rise buildings on local peak pressure coefficients // Journal of Fluids and Structures. 2013. V. 37. P. 120133.

6. Hui Y., Tamura,Y., Yang Q.S. Analysis of interference effects on torsional moment between two high-rise buildings based on pressure and flow field measurement // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2017. V. 164. P. 54–68.

7. Amin J.A., Ahuja A. Wind-induced mean interference effects between two closed spaced buildings // Journal of Civil Engineering. 2012. V. 16 (1). P. 119131.

8. Gu M., Xie Z.-N. Interference effects of two and three super-tall buildings under wind action // Journal Acta Mechanica Sinica. 2011. V. 27(5). P. 687–696.

9. Lam K.M., Zhao J.G., Leung M.Y.H. Wind-induced loading and dynamic responses of a row of tall buildings under strong interference // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2011. V. 99. P. 573–583.

10. Zu G.B., Lam K.M. Across-wind excitation mechanism for interference of twin tall buildings in staggered arrangement // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2018. V. 177. P. 167–185.

11. Huang D., Zhu L., Ding Q., Zhu X., Chen W. Aeroelastic and aerodynamic interference effects on a high-rise building // Journal of Fluids and Structures. 2017. V. 69. P. 355381.

12. Mara T.G., Terry B.K., Ho T.C.E., Isyumov N. Aerodynamic and peak response interference factors for an upstream square building of identical height // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2014. V. 133. P. 200–210.

13. Wonsul, K., Yukio, T., Akihito, Y. Interference effects on aerodynamic wind forces between two buildings // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2015. V. 147. P. 186–201.

14. Flaga A., Koco A., Kłaput R., Bosak G. The environmental effects of aerodynamic interference between two closely positioned irregular high buildings // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2018. V. 180. P. 276287.

15. Pundhir R., Barde N. Study of wind pressure on tall building due to change in relative position of interfering building // International Journal of Civil Engineering Research. 2016. V. 7. № 2. P. 105115.

16. Lau S.C., Cervantes J., Han J.C., Rudolph R.J., Flannery K. Measurements of wall heat (mass) transfer for flow through blockages with round and square holes in a wide rectangular channel // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2003. V. 46. P. 3991–4001.

17. Саленко С.Д., Обуховский А.Д., Гостеев Ю.А., Телкова Ю.В. Исследование структуры течения в окрестности двух балок квадратного поперечного сечения в условиях интерференции // Теплофизика и аэромеханика. 2010. Т. 17. № 2. С. 313323.

18. Саленко С.Д., Однопал В.П., Обуховский А.Д., Гостеев Ю.А., Телкова Ю.В. Аэродинамические исследования комплекса высотных зданий // АВОК. 2010. № 5. С. 6266.

19. Гузеев А.С., Корнилов Д.В., Короткин А.И., Соловьев С.Ю. Аэродинамические испытания высотных зданий и сооружений // Высотные здания: журнал высотных технологий. 2015. № 1. С. 102.

20. Гузеев А.С., Короткин А.И., Лебедев А.О., Роговой Ю.А. Анализ некоторых результатов по определению аэродинамических характеристик высотных зданий // Инженерностроительный журнал. 2009. № 3 (5). С. 5052.

21. Bairagi A.K., Dalui S.K. Optimization of interference effects on high-rise buildings for different wind angle using CFD simulation // Electronic Journal of Structural Engineering. 2014. V. 14. P. 3949.

22. Lankadasu A., Vengadesan S. Interference effect of two equal-sized square cylinders in tandem arrangement:With planar shear flow // International journal for numerical methods in fluids. 2008. V. 57. P. 1005–1021.

23. Yongfeng Qu, Maya Milliez, Luc Musson-Genon, Bertrand Carissimo. Numerical study of the thermal effects of buildings on low-speed airflow taking into account 3D atmospheric radiation in urban canopy // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2012. V. 104106. P. 474483.

24. Martinuzzi R., AbuOmar M., Savory E. Scaling of the wall pressure field around surfacemounted pyramids and other bluff bodies // Journal of Fluids Engineering. 2007. V. 129. P. 1147–1156.

25. Вальгер С.А., Фѐдоров А.В., Фѐдорова Н.Н. Моделирование несжимаемых турбулентных течений в окрестности плохообтекаемых тел с использованием ПК ANSYS Fluent // Вычислительные технологии. 2013. Т. 18. № 5. С. 27–40.

26. Исаев С.А., Баранов П.А., Жукова Ю.В., Терешкин А.А., Усачов А.Е. Моделирование ветрового воздействия на ансамбль высотных зданий с помощью многоблочных вычислительных технологий // Инженерно-физический журнал. 2014. Т. 87. № 1. С. 107118.

27. Isaev S.A., Vatin N.I., Lebiga V.A., Zinoviev V.N., Chang K.-C., Miau J.-J. Problems and methods of numerical and experimental investigation of high rise constructions‟ aerodynamics in the coastal region «sea-land» // Magazine of Civil Engineering. 2013. № 2. P. 5461.

28. Белостоцкий А.М., Дубинский С.И., Афанасьева И.Н. Численное моделирование задач строительной аэродинамики. Разработка методик и исследования реальных объектов // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2010. Т. 6. № 12. С. 6769.

29. Гувернюк С.В., Синявин А.А., Гагарин В.Г. Метод экспресс-оценки интегральных ветровых нагрузок на высотное здание // Жилищное строительство. 2019. № 6. С. 4348.

30. Covak L., Öztürk E., Balci M.N., Körpe S.B. Numerical and experimental analysis of wind loads on cladding of tall buildings // Proceedings of the 7th International conference of Heat transfer, Fluid mechanics and Thermodynamics. 1921 July 2010. Antalya. Turkey. P. 17091714.

31. Pillai S.S., Yoshie R. Experimental and numerical studies on convective heat transfer from various urban canopy configurations // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2012. V. 104106. P. 447454.

32. Гувернюк С.В., Егорычев О.О., Исаев С.А., Корнев Н.В., Поддаева О.И. Численное и физическое моделирование ветрового воздействия на группу высотных зданий // Вестник МГСУ. 2011. №. 31. С. 185191.

33. Gnyrya A.I., Korobkov S.V., Koshin A.A., Terekhov V.I. Physical simulation of wind pressure on building models at various arrangement and airflow conditions / Proceedings of the IV International research conference "Information technologies in Science, Management, Social sphere and Medicine" (ITSMSSM 2017) // Published by Atlantis Press. 2017. V. 72. P. 389392.

34. Мокшин Д.И. Экспериментальное исследование конвективного теплообмена моделей одиночных и тандемно расположенных зданий : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Томск, 2015. 24 с.

35. Gnyria A., Korobkov S., Koshin A., Terekhov V. Aerodynamic and thermal interference of turbulent separated flows over building models // MATEC Web of Conferences (STS-33). 2017. V. 115 (02002). P. 14.

36. Гныря А.И., Коробков С.В., Кошин А.А., Терехов В.И. Моделирование ветровых нагрузок при обтекании воздушным потоком системы моделей зданий при вариации их расположения // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. Т. 20. № 4. С. 65–73.