Как рассчитать аэродинамический коэффициент

Как рассчитать аэродинамический коэффициент

3 Для навесов с волнистыми покрытиями аэродинамический коэффициент трения c_f = 0,04.

Аэродинамические коэффициенты лобового сопротивления с_х сферы при z _g > d /2 (рисунок Д.13 ) приведены на рисунке Д.14 в зависимости от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости d = D / d , где D , м, — шероховатость поверхности (см. Д.1.15 ). При z_g d /2 — c_z = 0;

при z_g 0; для с _b -4 (см. Д.1.16 ) приведено на рисунке Д.16 для различных чисел Рейнольдса Re . Значение указанных на этом рисунке углов b _min и b _b , а также соответствующее им значение коэффициентов с _min и с _b приведены в таблице Д.5 .

Значения аэродинамических коэффициентов давления с_е2 и с _i (рисунок Д.14 ) приведены в таблице Д.6 . Коэффициент с _i следует учитывать для опущенного покрытия («плавающая кровля»), а также при отсутствии покрытия.

Аэродинамические коэффициенты лобового сопротивления определяются по формуле

где k _l — определено в Д.1 в зависимости от относительного удлинения сооружения (см. Д.1.15 ). Значения коэффициентов c_{x ¥} приведены на рисунке Д.17 в зависимости от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости D = d / d (см. Д.1.16 ).

Для проводов и тросов (в том числе покрытых гололедом) с_х = 1,2.

Аэродинамические коэффициенты наклонных элементов (рисунок Д.18 ) определяются по формуле

где с_х — определяется в соответствии с данными рисунка Д.17 ;

ось х параллельна скорости ветра V ;

ось z направлена вертикально вверх;

При определении коэффициента v в соответствии с 11.1.1 :

Число Рейнольдса Re определяется по формуле, приведенной в Д.1.11 , где z _е = 0,8 h для вертикально расположенных сооружений;

z_e равно расстоянию от поверхности земли до оси горизонтально расположенного сооружения.

Д.1.13 Призматические сооружения

Аэродинамические коэффициенты лобового сопротивления призматических сооружений определяются по формуле

где k _l определено в Д.1.15 в зависимости от относительного удлинения сооружения l _е .

Значения коэффициента c_{X ¥} для прямоугольных сечений приведены на рисунке Д.19 , а для n -угольных сечений и конструктивных элементов (профилей) — в таблице Д.7 .

Эскизы сечений и направлений ветра

Д.1.14 Решетчатые конструкции

Аэродинамические коэффициенты решетчатых конструкций отнесены к площади граней пространственных ферм или площади контура плоских ферм.

Направление оси х для плоских ферм совпадает с направлением ветра и перпендикулярно плоскости конструкции; для пространственных ферм расчетные направления ветра показаны в таблице Д.8 .

Аэродинамические коэффициенты с_х отдельностоящих плоских решетчатых конструкций определяются по формуле

где c_xi — аэродинамический коэффициент i -го элемента конструкций, определяемый в соответствии с указаниями Д.1.13 для профилей и Д.1.12 , в для трубчатых элементов; при этом k _l = 1;

A_i — площадь проекции i -го элемента конструкции;

А _k — площадь, ограниченная контуром конструкции.

Ряд плоских параллельно расположенных решетчатых конструкций

Для наветренной конструкции коэффициент c_xl определяется так же, как и для отдельностоящей фермы.

Для ферм из профилей из труб при Re 5 коэффициент h определяется по таблице Д.8 в зависимости от относительного расстояния между фермами b / h (рисунок Д.19 ) и коэффициента проницаемости ферм

Для ферм из труб при Re ³ 4 × 10 5 h = 0,95.

Примечание — Число Рейнольдса Re следует определять по формуле в подразделе Д.1.11 , где d — средний диаметр трубчатых элементов.

Решетчатые башни и пространственные фермы

Аэродинамические коэффициенты с _l решетчатых башен и пространственных ферм определяются по формуле

где с_х — определяется так же, как и для отдельностоящей фермы;

Значения коэффициента k ₁ приведены в таблице Д.9 .

Форма контура поперечного сечения и направление ветра

Д.1.15 Учет относительного удлинения

Значения коэффициента k _l в зависимости от относительного удлинения l _е элемента или сооружения приведены на рисунке Д.23 . Относительное удлинение l _e зависит от параметра l = l / b и определяется по таблице Д.10 ; степень проницаемости

1. l _e = l /2
2. l _e = l
3. l _e = 2 l

Примечание — l, b — соответственно максимальный и минимальный размеры сооружения или его элемента в плоскости, перпендикулярной направлению ветра.

Д.1.16 Учет шероховатости внешней поверхности

Значения коэффициента D , характеризующего шероховатость поверхностей конструкций, в зависимости от их обработки и материала, из которого они изготовлены, приведены в таблице Д.11 .

Относительная шероховатость d , мм

Относительная шероховатость d , мм

Тонкомолотая масляная краска

Д.1.17 Пиковые значения аэродинамических коэффициентов для прямоугольных в плане зданий

а) Для стен прямоугольных в плане зданий пиковое положительное значение аэродинамического коэффициента с_р,+ = 1,2.

б) Пиковые значения отрицательного аэродинамического коэффициента с_р,— для стен и плоских покрытий (рисунок Д.24 ) приведены в таблице Д.12 .

Д.2 Резонансное вихревое возбуждение

Д.2.1 Для однопролетных сооружений и конструктивных элементов интенсивность воздействия F ( z ), действующего при резонансном вихревом возбуждении по i -й собственной форме в направлении, перпендикулярном средней скорости ветра, определяется по формуле

Н/м, (Д.2.1)

где d , м, — размер сооружения или конструктивного элемента в направлении, перпендикулярном средней скорости ветра;

с _{y , cr} — аэродинамический коэффициент поперечной силы при резонансном вихревом возбуждении;

z — координата, изменяющаяся вдоль оси сооружения;

j _i ( z ) — i -я форма собственных колебаний в поперечном направлении, удовлетворяющая условию

Примечание — Воздействие при резонансном вихревом возбуждении (в первую очередь высотных зданий) рекомендуется уточнить на основе данных модельных аэродинамических испытаний.

Д.2.2 Аэродинамические коэффициенты с_у поперечной силы определяются следующим образом:

а) Для круглых поперечных сечений с_у = 0,3.

б) Для прямоугольных поперечных сечений при b / d > 0,5:

где V _max — расчетная скорость ветра на высоте z _эк , на которой происходит резонансное вихревое возбуждение, определяемое по формуле ( 11.13 );

w_m и w_p — расчетные значения средней и пульсационной составляющих ветровой нагрузки, определяемые в соответствии с указаниями 11.1 .

Д.2.4 Критические скорости V_{cr , i} могут иметь достаточно большую повторяемость в течение расчетного срока эксплуатации сооружения и, в связи с этим, резонансное вихревое возбуждение может привести к накоплению усталостных повреждений.

Для предотвращения резонансного вихревого возбуждения могут быть использованы различные конструктивные мероприятия: установка вертикальных и спиралевидных ребер, перфорация ограждения и установка соответствующим образом настроенных гасителей колебаний.

Аэродинамический расчет систем вентиляции

Аэродинамический расчет систем это очень важная составляющая проекта. Ведь именно за результатами этого расчета подбирается вентиляционное оборудование, а также в процессе подбирают размеры воздуховодов. Это прям можно назвать «сердцем» проекта. Расчет производится для круглых и прямоугольных воздуховодов, также значение имеет их материал и параметры воздуха. Разберем аэродинамический расчет воздуховодов на примере общеобменной вентиляции. Для систем аспирации и некоторых других местных вентиляционных систем расчет немножко другой.

Основные формулы аэродинамического расчета

Первым делом необходимо сделать аэродинамический расчет магистрали. Напомним что магистральным воздуховодом считается наиболее длинный и нагруженный участок системы. За результатами этих вычислений и подбирается вентилятор.

Рассчитывая магистральную ветвь желательно, чтобы скорость в воздуховоде увеличивалась по ходу приближения к вентилятору!

Только не забывайте об увязке остальных ветвей системы. Это важно! Если нет возможности произвести увязку на ответвлениях воздуховодов в пределах 10% нужно применять диафрагмы. Коэффициент сопротивления диафрагмы рассчитывается за формулой:

Если неувязка будет больше 10%, когда горизонтальный воздуховод входит в вертикальный кирпичный канал в месте стыковки необходимо разместить прямоугольные диафрагмы.

Основная задача расчета состоит из нахождения потерь давления. Подбирая при этом оптимальный размер воздуховодов и контролирую скорость воздуха. Общие потери давления представляют собой сумму двух компонентов — потерь давления по длине воздуховодов (на трение) и потерь в местных сопротивлениях. Расчитываются они по формулам

Эти формулы правильны для стальных воздуховодов, для всех остальных вводится коэффициент поправки. Он берется из таблицы в зависимости от скорости и шероховатости воздуховодов.

Для прямоугольных воздухопроводов расчетной величиной принимается эквивалентный диаметр.

Рассмотрим последовательность аэродинамического расчета воздуховодов на примере офисов , приведенных в предыдущей статье, по формулам. А затем покажем как он выглядит в программке Excel.

Пример расчета

По расчетам в кабинете воздухообмен составляет 800 м3/час. Задание было запроектировать воздуховоды в кабинетах не больше 200 мм высотой. Размеры помещения даны заказчиком. Воздух подается при температуре 20°С, плотность воздуха 1,2 кг/м3.

Проще будет если результаты заносить в таблицу такого вида

Сначала мы сделаем аэродинамический расчет главной магистрали системы. Теперь все по-порядку:

• Разбиваем магистраль на участки по приточным решеткам. У нас в помещении восемь решеток, на каждую приходится по 100 м3/час. Получилось 11 участков. Вводим расход воздуха на каждом участке в таблицу.

• Записываем длину каждого участка.
• Рекомендуемая максимальная скорость внутри воздуховода для офисных помещений до 5 м/с. Поэтому подбираем такой размер воздуховода, чтобы скорость увеличивалась по мере приближения к вентиляционному оборудованию и не превышала максимальную. Это делается для избежания шума в вентиляции . Возьмем для первого участка берем воздуховод 150х150, а для последнего 800х250.

V1=L/3600F =100/(3600*0,023)=1,23 м/с.

V11= 3400/3600*0,2= 4,72 м/с

Нас результат устраивает. Определяем размеры воздуховодов и скорость по этой формуле на каждом участке и вносим в таблицу.

• Динамическое давление Pд=1,2*1,23*1,23/2=0,9 Па тоже записывается в столбец.
• Из таблицы 2.22 определяем удельные потери давления или рассчитываем R=Pд*λ/d= 0,9*0,0996/0,15=0,6 Па/м и заносим в столбик. Затем на каждом участке определяем потери давления на трение: ΔРтр=R*l*n=0,6*2*1=1,2 Па.
• Коэффициенты местных сопротивлений берем из справочной литературы. На первом участке у нас решетка и увеличение воздуховода в сумме их КМС составляет 1,5.
• Потери давления в местных сопротивлениях ΔРм=1,5*0,9=1.35 Па
• Находим суму потерь давления на каждом участке = 1.35+1.2=2,6 Па. А в итоге и потери давления во всей магистрали = 185,6 Па. таблица к тому времени будет иметь вид

После этого аэродинамический расчет можно считать завершенным. Для круглых воздуховодов принцип расчета такой же, только эквивалентный диаметр приравнивается к диаметру воздуховода.

Поэтапная работа с аэродинамическим расчетом в Excel

Если вам нужно сделать аэродинамический расчет, но вы не готовы просчитывать эти колоссальные формулы вручную, тогда поможет Excel.

По ссылке размещен файл Excel , который можно скачать или редактировать онлайн. Для получения результата необходимо заполнить всего 6 столбцов таблицы, а далее программа сделает все сама. Возьмем все те же офисы для достоверности результатов. Поэтапно вводим:

1. Расход воздуха на каждом участке.
2. Длину каждого из них.
3. Рекомендуемую скорость. После заполнения, в файле уже будет рассчитано минимальная необходимая площадь сечения.
4. Ориентируясь по рекомендуемой площади нужно подобрать размер воздуховода. Просто введите высоту и ширину в столбик F и G, как тут же рассчитается скорость на участке и эквивалентный диаметр. В итоге и число Рейнольдса.
5. Эквивалентная шероховатость вводится также вручную.
6. На каждом участке необходимо будет посчитать сумму КМС и также занести в таблицу.
7. Наслаждаться результатом расчетов!

Напомним, аэродинамический расчет в Excel сделан для прямоугольных стальных воздуховодов при температуре подаваемого воздуха 20°С. Если у вас параметры другие, замените значение плотности, шероховатости и вязкости на ваши. Таблица полностью отвечает расчетным формулам и готова к использованию. Успешных вам аэродинамических расчетов.

Услуги по аэродинамическому расчету зданий

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБТЕКАНИЯ ЗДАНИЙ

(CFD-моделирование)

Это аналог продувки моделей в аэродинамической трубе, целью которой является получение распределения скоростей и вредных примесей на местности, давлений на здания и пр., а также определение ветровых нагрузок на сооружения и их аэродинамические коэффициенты

Расчет ветровых нагрузок, определение аэродинамических коэффициентов

При строительстве новых зданий и сооружений необходим расчет на ветровые нагрузки. При этом если высота здания превышает 75 м, то для определения ветровых нагрузок требуется аэродинамическая продувка зданий. Такая продувка может быть выполнена либо с помощью физического эксперимента в аэродинамической трубе, либо с помощью математического моделирования.

Расчет ветровых нагрузок с помощью математического моделирования в последнее время приобретает все большую популярность.

Работы по аэродинамическому расчету здания включают:

1. Моделирование обтекания здания/сооружения по 24 направлениям ветра с шагом 15° методами математического моделирования (CFD расчеты).

2. Определение аэродинамических коэффициентов здания/сооружения.

3. Определение ветровых нагрузок на здание/сооружение.

4. Определение пиковых давлений на фасадные конструкции.

Результаты моделирования обтекания здания представляются в виде:

— Полей скорости, формирующихся при обтекании здания/сооружения ветровым потоком.
— Распределения давления по поверхности здания/сооружения, включая «мелкие» элементы.
— Значения сил и аэродинамических коэффициентов.

Аэродинамический расчет здания/сооружения выполняется с учетом рельефа местности и окружающей застройки.

Результаты расчета ветровых нагрузок представляются в виде, удобном для дальнейшего переноса в программы расчета на прочность.

Математическое моделирование скорости в пешеходных зонах и оценка ветрового комфорта

Ветровой комфорт пешеходных зон – важный показатель для общественных территорий на открытом воздухе. Особенно непростая ситуация может складываться в пешеходной зоне вблизи высотных зданий. Выполнение математического моделирования обтекания здания ветровым потоком в условиях городской застройки позволяет подробно проанализировать аэродинамическую обстановку и комфорт в пешеходной зоне.

Полученную информацию следует использовать:

— При планировке и обустройстве прилегающей территории, в том числе выборе мест расположения детских площадок, площадок сбора мусора, пешеходных дорожек и пр.

— При строительстве комплекса зданий для определения такого их взаимного расположения, которое предотвратит образование в пешеходной зоне сильных порывов воздуха.

Работы по моделированию скорости в пешеходных зонах включают:

1. Моделирование обтекания здания и окружающей застройки по 8 направлениям ветра с шагом 45° методами математического моделирования (CFD расчеты).

2. Анализ полей скорости в пешеходных зонах. Определение местоположения и причины появления локальных зон с повышенными скоростями.

Источники:

http://stroit-prosto.ru/proektirovanie/aerodinamicheskie-koeffitsienty
http://airducts.ru/aerodinamicheskij-raschet-sistem-ventilyacii/
http://mm-technologies.ru/raschet-vetrovih-nagruzok