Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методы расчёта температурного, влажностного и воздушного режимов подземных сооружений 13
1.1. Существующие методы расчёта параметров микроклимата подземных сооружений 13
1.1.1. Классификация подземных сооружений по параметрам микроклимата 13
1.1.2. Основные расчетные характеристики ограждающих конструкций и грунта 15
1.2. Методы расчёта параметров микроклимата помещений подземных сооружений 16
1.2.1. Глубина промерзания грунта 16
1.2.2. Температурный режим 18
1.2.3. Влажностный режим 19
1.2.4. Воздушный режим подземных сооружений первого типа .24
1.2.5. Воздухообмен в подземных сооружениях третьего типа. 29
Глава 2. Формирование температурного и влажностного режимов подземных пешеходных переходов 31
2.1. Общий подход к расчету температурно-влажностных параметров в подземных пешеходных переходах 31
2.1.1. Подземные пешеходные переходы первого типа 31
2.1.2. Подземные пешеходные переходы третьего типа 32
2.2. Решение задачи определения текущей глубины промерзания грунта 34
2.3. Анализ условий стационарности процессов теплообмена в подземных сооруженииях 42
2.3.1. Решение для полупространства 43
2.3.2. Решение для сооружений прямоугольного сечения 46
2.4. Аналитические методы расчёта температуры воздушной среды в подземных сооружениях 50
2.4.1. Расчёт температурного режима герметичных помещений..50
2.4.2. Расчёт температурного режима эксплуатируемых неотапливаемых подземных сооружений 52
2.4.3. Влажностный режим эксплуатируемых подземных сооружений 60
Выводы по главе 2 65
Глава 3. Обоснование необходимости, методика и результаты экспериментальных исследований аэродинамических характеристик подземных пешеходных переходов 66
3.1. Общий подход к проведению исследований 66
3.2. Аналитическое выявление интенсивности воздухообменов в подземных пешеходных переходах 68
3.3. Движущие силы воздушных потоков в тоннелях переходов 74
3.4. Лабораторная база экспериментальных исследований
3.4.1. Планирование экспериментальных исследований 77
3.4.2. Приборы и оборудование 80
3.4.3. Модель опытной установки и последовательность проведения экспериментов 82
3.5. Результаты экспериментальных исследований 85
3.5.1. Расход воздуха в приточном патрубке аэродинамической трубы 85
3.5.2. Скорость воздуха на поверхности модели перехода 86
3.6. Скорость и расход воздуха в модели подземного пешеходного перехода 87
3.6.1. Результаты определения скорости воздуха в модели 87
3.6.2. Балансы расходов воздуха в модели 89
3.6.3. Анализ результатов экспериментальных исследований аэродинамических характеристик модели 90
3.7. Аэродинамические характеристики подземных пешеходных переходов при наличии внешних препятствий 94
3.7.1. Общие положения 94
3.7.2. Результаты экспериментальных исследований при наличии сплошных и воздухопроницаемых препятствий 95
Выводы по главе 3 100
Глава 4. Методика расчёта воздухообменов в подземных пешеходных переходах 103
4.1. Натурные исследования интенсивности воздухообменов в переходах 103
4.1.1. Объекты исследований 103
4.1.2. Результаты натурных испытаний 105
4.2. Общий подход к разработке инженерной методики расчёта воздухообменов 112
4.2.1. Общие положения 112
4.2.2. Представление результатов исследований в графическом виде 114
4.2.3. Сводный график скоростей и расходов воздуха в подзем ных пешеходных переходах 116
4.3. Представление результатов исследований в аналитическом виде 117
4.4. Методика расчёта воздухообменов в подземных пешеходныхпереходах первого типа 138
4.4.1. Подземные пешеходные переходы первого типа 138
4.4.2. Подземные пешеходные переходы третьего типа 142
Выводы по главе 4 145
Выводы по диссертации 148
Библиографический список
- Методы расчёта параметров микроклимата помещений подземных сооружений
- Решение задачи определения текущей глубины промерзания грунта
- Аналитическое выявление интенсивности воздухообменов в подземных пешеходных переходах
- Общий подход к разработке инженерной методики расчёта воздухообменов
Введение к работе
Актуальность. В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция по расширению функционального назначения подземных пешеходных переходов под автомобильными дорогами, связанная с появлением в них постоянных рабочих мест. Поэтому современные подземные пешеходные переходы следует рассматривать как сооружения, в которых необходимо создавать и регулировать параметры микроклимата. В отечественной и зарубежной литературе нами не обнаружены инженерные методы расчета и особенности проектирования температурных, влажностных и воздушных режимов таких сооружений.
Теоретические и экспериментальные разработки ведущих специалистов по аэродинамике надземных зданий (В.В. Батурин, В.Н. Богословский, М.И. Гри-митлин, И.Е. Идельчик, П.Н. Каменев, Э.И. Реттер, В.Н. Талиев, В.П. Титов, В.М. Эльтерман и др.) могут быть применены к решению специфических задач естественной вентиляции (аэрации) подземных пешеходных переходов только частично, т.к. у последних сооружений, как правило, отсутствуют внешние конструктивные элементы, изменяющие характеристики градиентов естественного ветрового давления и динамику естественного воздухообмена в тоннелях переходов.
Объектом исследования являются параметры микроклимата подземных пешеходных переходов под автомобильными дорогами.
Предмет исследования - влияние градиентов ветрового и гравитационного давлений и объемно-планировочных решений на динамику формирования параметров микроклимата подземных пешеходных переходов.
Методы исследования:
теоретические, в виде аналитических решений задач формирования температурного режима подземных пешеходных переходов;
экспериментальные: исследование интенсивности воздухообменов в тоннеле перехода на модели в аэродинамической трубе; натурные исследования динамики воздухообменов и температурных режимов в подземных пешеходных переходах различных конструктивных решений.
Целью работы является научное обоснование закономерностей динамики формирования параметров микроклимата подземных пешеходных переходов и разработка инженерной методики расчета воздушного, температурного и влаж-ностного режимов помещений таких сооружений.
Для реализации цели исследований были поставлены следующие задачи:
-
Уточнить аналитические методы расчеты температурного и влажностно-го режимов в герметичных и вентилируемых подземных сооружениях и условий стационарности процессов теплообмена применительно к подземным пешеходным переходам.
-
Аналитически обосновать необходимость, создать лабораторную базу и разработать методику экспериментальных исследований динамики воздухообменов в модели подземного пешеходного перехода.
-
На основе лабораторных и натурных исследований получить количественные графо-аналитические характеристики динамики воздухообменов при естественной вентиляции (аэрации) за счет ветрового давления с учетом объемно-планировочных решений подземных переходов.
-
Разработать инженерные методики расчета динамики параметров микроклимата в подземных пешеходных переходах различного типа с естественной и механической вентиляцией при их круглогодичной эксплуатации.
Научная новизна:
разработана и обоснована расчетная схема динамики формирования микроклимата в подземных пешеходных переходах, которая позволила: уточнить аналитические методы расчета температурного и влажностного режимов в переходах; показать условия стационарности процессов теплообмена с ограждающими конструкциями тоннелей; выявить объем и методику экспериментальных лабораторных и натурных исследований.
на основе экспериментальных лабораторных на модели и натурных исследований переходов впервые получены количественные характеристики интенсивности воздухообменов в тоннелях в зависимости от естественных факторов, дана их аналитическая интерпретация.
разработана графо-аналитическая методика расчета формирования параметров микроклимата в подземных пешеходных переходах с обоснованием коэффициентов обеспеченности расчетных параметров в них при круглогодичной эксплуатации.
Практическая значимость и реализация результатов работы. Практическое значение работы представляют: уточненные аналитические методы расчета температурного и влажностного режимов подземных пешеходных переходов с учетом текущей глубины промерзания грунта, интенсивности воздухообменов и условий стационарности теплообмена в тоннелях; результаты исследований по определению количественных аэродинамических характеристик переходов на модели и в натурных условиях при отсутствии и наличии сплошных и воздухопроницаемых внешних препятствий движению атмосферного воздуха; обобщенные результаты экспериментальных исследований интенсивности воздухообменов в тоннелях; инженерные методики расчета интенсивности воздухообменов в подземных пешеходных переходах без дверей и при их наличии, графические и аналитические методы расчета с обоснованием коэффициентов обеспеченности воздухообменов.
Результаты исследований переданы для внедрения в ОАО «Нижегородский Сантехпроект», г. Нижний Новгород, в ЗАО «Проектпромвентиляция», г. Нижний Новгород, в учебный процесс Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета.
Достоверность результатов проведенных исследований подтверждается: обоснованностью и правомерностью сделанных допущений; сопоставлением результатов, полученных аналитическими, численными и экспериментальными методами, имеющими достаточную сходимость; применением современных методов и средств расчета, приборов и оборудования, анализом необходимого объема статистических данных, обеспечивающих достаточный уровень
надежности результатов моделирования и разработанных методов инженерных расчетов.
Апробация результатов исследований. Основные результаты диссертационной работы докладывались: на Всероссийских научно-практических конференциях «Проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» (г. Тюмень, ТюмГАСУ, 2006г., 2007г.); на V и VI Международных научных конференциях «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (г. Волгоград, 2007 г., 2008 г.); на ежегодных научно-практических конференциях Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета (г. Нижний Новгород, 2006 г., 2007 г., 2008 г.); на Международном конгрессе «Великие реки - 2007» (г. Нижний Новгород, 2007 г.).
Публикации. Основные положения проведенной работы изложены в 10 публикациях, одна публикация в издании, входящем в Перечень ВАК.
. Личный вклад автора состоит: в разработке расчетной схемы и уточнении аналитических методов расчета температурных и влажностных режимов в переходах (текущая глубина промерзания грунта, стационарность процессов теплообмена); в обосновании необходимости, разработке и создании лабораторной базы для проведения аэродинамических исследований на модели; в проведении лабораторных на модели и натурных исследований аэродинамических характеристик переходов с получением количественных характеристик интенсивности воздухообменов в тоннелях; в получении графо-аналитических количественных характеристик динамики воздухообменов в тоннелях (аэрации) за счет ветрового давления и представление их в аналитическом виде; в разработке инженерных методик расчета динамики параметров микроклимата в подземных пешеходных переходах различного типа с естественной и механической вентиляцией при их круглогодичной эксплуатации.
На защиту выносятся следующие научные положения: расчетная схема формирования параметров микроклимата в подземных пешеходных переходах, позволяющая определять температурный и влажностный режимы в тоннеле в процессе круглогодичной эксплуатации; лабораторная база и методика экспериментальных исследований в аэродинамической трубе модели пешеходного перехода; графические и аналитические результаты лабораторных исследований интенсивности воздухообменов в тоннеле перехода за счет ветрового давления и их сопоставление с результатами, полученными в натурных условиях; инженерные методы расчета интенсивности воздухообменов в подземных пешеходных переходах различных типов, рекомендации по поддержанию параметров микроклимата в тоннелях с заданным коэффициентом обеспеченности воздухообменов при круглогодичной эксплуатации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и 13 приложений. Работа изложена на 194 страницах машинописного текста, содержащего 48 рисунков и 33 таблицы. Библиографический список включает 109 наименований.
Методы расчёта параметров микроклимата помещений подземных сооружений
Формирование воздушного, температурного и влажностного режимов подземных сооружений существенно отличается от условий поддержания этих параметров в надземных гражданских и промышленных зданиях. Выделим три основные характеристики, обусловливающие эти отличия [19, 26, 32, 34, 48, 56, 62, 65, 68, 82, 91, 95, 96, 109].
Во-первых, если для большинства надземных зданий потери теплоты можно рассматривать как стационарные и, соответственно, рассчитывать как постоянные во времени и зависящие только от разности температур внутреннего и наружного воздуха, то потери теплоты подземных сооружений необходимо рассчитывать для двух последовательных этапов: для периода прогрева ограждающих конструкций и окружающего грунта массива (натоп помещений); для периода стационарного режима, когда изменением теплового потока во времени можно пренебречь.
Во-вторых, в подземных сооружениях имеет место интенсивный влаго-обмен между воздухом помещения и ограждающими конструкциями, примыкающими к грунту.
В-третьих, полностью отсутствует инфильтрация воздуха через ограждения. В результате этого воздухообмен в помещениях происходит за счёт систем естественной или механической вентиляции, а характеристики воздушной среды определяются параметрами приточного воздуха, способами его обработки (при наличии соответствующего оборудования) и интенсивностью процессов тепломассообмена с грунтовым массивом.
Несмотря на многообразие подземных сооружений и их отличия между собой по объемно-планировочным решениям, технологическому назначению и эксплуатационным режимам работы их помещения могут быть разделены по характеру формирования параметров микроклимата при тепломассообмене между воздушной средой помещения и окружающим его грунтом на следующие типы.
Первый тип — это помещения сооружений, в объёме которых происходят значительные суточные и годовые колебания температуры воздуха, связанные с колебаниями температуры наружного атмосферного воздуха, используемого для естественной или механической вентиляции. К этому типу сооружений относятся, например, подземные пешеходные переходы, некоторые транспортные автомобильные и железнодорожные тоннели и другие аналогичные сооружения.
Второй тип - это сооружения, в помещениях которых наблюдаются различные режимы микроклимата. В них периодически могут возникать ситуации, требующие при заданном тепловом потоке определения возможного времени достижения какой-либо промежуточной температуры, являющейся для данного этапа режима работы конечной. К таким сооружениям относятся некоторые промышленные производства.
Третий тип - это сезонно эксплуатируемые сооружения, в помещениях которых не должно происходить значительных колебаний температуры внутреннего воздуха. К этому типу сооружений относятся подземные гаражи, склады, магазины и т.п.
Для второго и третьего типов помещений подземных сооружений при проектировании необходимо определение мощности систем стационарного отопления и дополнительной мощности систем отолления для периодов на-топа в помещениях.
Исследуемые нами пешеходные переходы относятся к первому и третьему типам подземных сооружений: к первому типу — при использовании их только по прямому технологическому назначению в качестве подземных пешеходных переходов; к третьему типу — при установке в подземных пеше ходных переходах каких-либо объектов общественного или иного назначения (ларьки, магазины, мастерские и т.п.). К третьему типу сооружений относятся также переходы при наличии в них на входах-выходах дверей, турникетов и т. п., предотвращающих естественное поступление наружного воздуха.
Таким образом, подземные пешеходные переходы могут относиться как к первому типу подземных сооружений (формирование температурно-влажностных и воздушных режимов в помещениях за счёт естественных факторов), так и к третьему типу подземных сооружений (формирование температурно-влажностного и воздушного режимов помещений за счёт естественных и искусственных факторов, включая механическую вентиляцию и системы отопления).
Основные расчетные характеристики ограждающих конструкций и грунта Точность расчётов процессов тепло- и влагообмена в помещениях в значительной степени зависит от правильного выбора физико-механических характеристик грунтов, окружающих подземные сооружения. К ним относятся: - массовая плотность р, кг/м3; - пористость материала П, %, доли; — влажность материала, характеризующая наличие в нём химически не связанной воды; влажность выражается в массовом (массовая влажность) и объёмном (объёмная влажность) отношениях: массовая влажность юв, %, ха рактеризует отношение массы влаги, содержащейся в образце сырого мате риала g]5 к массе того же образца материала в сухом состоянии [103]: в = (g -g)-100/g, % ; объёмная влажность со, %, показывает отношение объёма влаги, содержащейся в образце материала со1, к объёму образца со2
Решение задачи определения текущей глубины промерзания грунта
Подземные пешеходные переходы третьего типа При наличии в подземных переходах постоянных рабочих мест следует разделять сооружения с наличием дверей на входах-выходах и без таковых. Определение температурно-влажностного режима помещений без наличия дверей, турникетов и других устройств, препятствующих врыванию в подземные помещения наружного воздуха, будет рассмотрено при анализе процессов теплообмена и воздухообмена в переходах I типа (раздел 2.4).
Минимальное заглубление пешеходного перехода третьего типа /zp при наличии на входах-выходах дверей, турникетов и т. п. определяется с учётом конкретных объёмно-планировочных факторов, но в любом случае должно выполняться условие /zp hmin , где hmin - минимальная толщина заглубления, определяемая по условиям поддержания температуры внутренних поверхностей ограждений тв выше температуры точки росы tT . При определении величины hmin принимаем процесс теплопроводности в плоскопараллельном слое грунта (одномерная задача) стационарным, т.е величины температуры наружного tu и внутреннего /в воздуха постоянны.
Исходя из соотношений тв тр , минимальное сопротивление теплопередаче слоя грунта Romfn от поверхности до внутреннего воздуха определяется из зависимости: t =т = t -it -/СР а R (2\Л т.р LB в V1B пг / ""в отт к - -) где ґдР - температура поверхности грунта для расчётного наиболее холодного месяца, С; где ґрР — среднегодовая температура наружного воздуха, С [86, 87]; A tc — превышение среднегодовой температуры поверхности грунта над среднегодовой температурой воздуха, С, за счет наличия снежного покрова, находится по [49]; в средней полосе России Аґс =2...4 С; нв _ температура наружного воздуха в расчётный период времени, С.
С другой стороны: Romin = hmmlKv + 1/ав- (2.3) Минимальная толщина заглубления составляет: Kin = hu + К С2-4) Совместно решая (2.3) и (2.4), выявим величину hmin . Если hmin меньше глубины промерзания грунта hu , то коэффициент теплопроводности принимаем как для мёрзлого грунта Хм . Когда hmjn hM, то сначала находится R0 м = hM /Хм , а затем определяют толщину талой части грунта hT при коэффициенте теплопроводности талого грунта А,т из соотношения: Romin о м= К1 К + 1/ хв. (2.5)
Исходя из вышеперечисленных допущений, расчетная схема направлений процессов теплообмена в подземных пешеходных переходах представлена на рис. 2.1. Особенностью расчетной модели процессов теплообмена в подземных пешеходных переходах ПТ типа при наличии на входах-выходах дверей, турникетов и т.п. является наличие искусственной (механической) подачи необработанного или обработанного наружного воздуха в сооружения.
Рассмотрим последовательно решения основных задач по нахождению динамики круглогодичного текущего теплового режима в подземных пешеходных переходах I и III типов. К основным особенностям методики определения круглогодичного температурного режима подземных сооружений, отличающих их от надземных зданий и сооружений, относятся: - определение текущей глубины промерзания различных видов грунтов; - обоснование начальных и граничных условий стационарности процес сов теплообмена в подземных сооружениях.
Для выявления закономерностей формирования параметров микроклимата подземных сооружений в течение их круглогодичной эксплуатации необходимо знание текущей температуры грунта по периодам года. В главе 1 (раздел 1.2.1) нами рассмотрены и проанализированы имеющиеся в нормативной, технической и справочной литературе методы определения максимальной глубины промерзания грунта hu , но не обнаружены методики расчёта текущей глубины промерзания h .
Текущая глубина промерзания грунта h в заданный период времени должна учитывать следующие основные факторы: период времени с начала наступления отрицательных температур наружного воздуха; учёт продолжительности стояния и толщины снежного покрова; наступление момента оттаивания грунта в весенний период года; учёт фазовых переходов (замерзание, таяние) воды в грунте; теплофизические характеристики ограждений и грунта, включающие плотности в талом р т и мёрзлом р м состояниях; коэффициенты теплопроводности талого Хт и мёрзлого Хм грунтов; теплоёмкости в талом ст и в мёрзлом см состояниях. Вышеперечисленные характеристики определяются по результатам непосредственных измерений в процессе исследования грунтов или по СНиП [83]. Глубина промерзания находится с использованием среднегодовых tj и среднемесячных ґдВ температур воздуха, принимаемых по СНиП [87]. Среднегодовая -температура на поверхности грунта t T зависит от среднегодовой температуры воздуха в этом районе:
Аналитическое выявление интенсивности воздухообменов в подземных пешеходных переходах
Общий подход к проведению исследований Для определения воздухообменов в подземных сооружениях первого типа под воздействием естественных факторов (гравитационное и ветровое давления) были проанализированы влияние этих факторов на формирование температурно-влажностных параметров воздуха сооружений [1, 2, 3, 7, 13, 16,21,22,30,47,51,70,96].
Особенностью объёмно-планировочных решений подземных переходов является практически полное заглубление сооружений относительно уровня окружающей поверхности земли. Поэтому влияние ветрового давления на интенсивность воздухообмена в подземных сооружениях не может быть выражено через традиционные аэродинамические коэффициенты ветрового давления с , характерные для надземных зданий.
Общий подход к проведению аналитических исследований интенсивности воздухообменов в подземных пешеходных переходах заключается в решении уравнения неразрывности движение жидкости: І.Ф+1ітІ. =о. (ЗЛ) р dx V dx
В частном случае, когда жидкость несжимаема, уравнение (3.1) упрощается (dV/dx = 0). В этом случае закон сохранения массы представляет собой закон сохранения объёма (V — const ). Величина dV представляет собой изменение первоначально выделенного объёма V и является, следовательно, величиной объёма деформации.
Основной задачей промышленной аэродинамики является определение силового взаимодействия между движущейся газообразной средой и обтекаемым сооружением. В большинстве практических случаев эту задачу приходится решать опытным путём, чтобы давать уверенные и достаточно точ ные ответы на многочисленные конкретные вопросы проектирования и расчёта воздухообменов в сооружениях. Поэтому основное значение приобретает эксперимент. Чтобы эксперимент успешно решал поставленную перед ним задачу, его постановка и обработка должны базироваться на знании общих законов аэродинамики [64, 66, 69, 71, 77, 78, 96, 98].
Причина зависимости эксперимента от теории состоит в том, что эксперимент в промышленной аэродинамике выполняется на модели, по масштабу не совпадающей с натурным объектом. Эксперимент при этом должен не просто воспроизводить изучаемое явление, а моделировать это явление так, чтобы затем можно было от данных эксперимента с моделью перейти к натурным объектам.
Большое практическое значение поэтому приобрела теория моделирования, т.е. раздел аэродинамики, разрабатывающий способы определения аэродинамических величин для натурных объектов путём испытания их моделей.
Геометрически подобными называют тела, у которых сходственные размеры пропорциональны. Иными словами, все размеры одного тела получаются при этом из сходственных размеров другого умножением на постоянный множитель. Так как в жидкости действуют разные силы (давление, трение, сила тяжести, инерция, упругость и т.п.), то и условий подобия может быть не одно, а несколько. Каждое такое условие подобия называется условием частичного подобия. Если все частичные условия подобия выполняются, то имеет место полное аэродинамическое подобие потоков.
Полное подобие, т.е. подобие по всем параметрам (Рейнольдса, Фруда, и др.), при испытании уменьшенной модели соблюсти практически невозможно. На практике стремятся осуществить так называемое частичное подобие, т.е. подобие по одному или нескольким параметрам, наиболее важным в данном эксперименте. Таким образом, каждое из правил подобия имеет свою область преимущественного применения [29, 40, 50, 64]. 3. 2. Аналитическое выявление интенсивности воздухообменов в подземных пешеходных переходах
Нами предпринята попытка аналитического анализа динамики интенсивности воздухообменов в подземных пешеходных переходах за счёт естественных факторов (скоростей и направлений ветра). Конечной целью анализа является выявление качественных и количественных показателей воздухообменов за счёт ветрового давления (явления притока, вытяжки, эжекции, аэрации в переходах). Аналитический анализ позволяет выявить особенности аэродинамических процессов, происходящих в конструктивных элементах систем, в которых происходит слияние или разделение воздушных потоков.
Учёт особенностей процессов динамики воздухообменов рассмотрим, основываясь на уравнении движения воздушных потоков в разветвлённых сетях, основы расчёта которых изложены в трудах профессора П.Н. Каменева [41,42,43,44].
Вывод исходного уравнения деления и слияния потоков воздуха, проведем для участка сети, показанной на рис. 3.1. Пусть по каждому участку і и 2 перемещается по 1 м3/с воздуха. Тогда потери полного давления на преодоление всех сопротивлений на первом и втором участках равны соответственно ЬР\ = R\l\ 5 АР2 = Rlh» (3-2) где Щ иі?2 -удельные сопротивления при перемещении 1 м3/с воздуха на 1м; /j и /2 - приведённые длины воздуховодов, м. Если бы от точки а (рис. 3.1) перемещался только 1 м3/с, но одновременно по первому и второму участкам, тогда в первый участок пойдет (3j, м3/с, а во второй участок (1 — ( ) м3/с. В этом случае общие давления для преодоления сопротивлений первого и второго участков получим равными соответственно
Общий подход к разработке инженерной методики расчёта воздухообменов
В реальных условиях эксплуатации подземных пешеходных переходов над ними имеются внешние препятствия для свободного движения воздушных потоков (ветра). Такие препятствия в виде деревьев, кустарников, движущегося транспорта, щитов рекламы и т.п., расположенные между противоположными входами - выходами тоннелей, изменяют динамику потоков воздуха над переходами и в тоннелях подземных переходов.
Приведённые выше экспериментальные исследования аэродинамических характеристик подземных пешеходных переходов не учитывали факторов наличия внешних препятствий. Выявление динамики воздушных потоков в тоннеле проведено нами путём изменения направления потоков движения воздуха над моделью пешеходного перехода путём создания внешних препятствий.
В качестве препятствий при экспериментальных исследованиях на модели нами использовались сплошные стенки и препятствия в виде сеток (воздухопроницаемые препятствия).
Эффективность естественной вентиляции за счёт ветрового давления относительно оси тоннеля модели Препятствия и сетки имели различную высоту и могли устанавливаться под любым углом относительно оси тоннеля модели.
Сплошные препятствия имели следующую высоту Н\ = 50 мм, Hi— 100 мм, #3 = 200 мм (на фотографии рис. 3.14 показано препятствие высотой #2 = 100 мм). Глубина заложения подземного пешеходного перехода на модели составляла 35 мм. Принятые за точки отсчёта сравнения относительные высоты сплошных препятствий составляли: h5o = #i/35 = 50/35 = 1,43; Ьюо = 2/35 = 100/35 = 2,86; п200 = #3/35 = 200/35 = 5,72.
Сетчатые (воздухопроницаемые) препятствия имели такие же высоты: Н\= 50 мм, Нг 100мм, #3 = 200 мм. Сетка имела живое сечение fJf0Q — 0,5. На фотографии (рис. 3.15) показано сетчатое препятствие высотой #з — 200 мм. Относительные высоты сетчатых препятствий воздушному потоку (ветру) равны: h50 = #,/35 = 50/35 = 1,43; h]00 = #2/35 = 100/35 = 2,86; Гъ00 = #3/35 = 200/35 = 5,72.
Эксперименты по выявлению интенсивности воздухообменов при наличии сплошных и воздухопроницаемых внешних препятствий движению воздуха проводились при установке их под углами 90, 60, 45, 30 к оси тоннеля модели (рис. 3.16).
Результаты измерений скорости воздуха над моделью и интенсивности воздухообмена в подземном пешеходном переходе проводились при расходах воздуха в аэродинамической трубе без дросселирования. Продувка модели воздухом проводилась при углах обдува а = 0, 30, 45, 60, 90 при трёхкратной повторяемости опытов.
Методика замеров скоростей и точки замеров расходов воздуха в модели подземного пешеходного перехода аналогична методике замеров, приведённых в разделе 3.4.
Результаты лабораторных исследований скоростей воздуха в модели подземного перехода и обработка данных, включая расход воздуха при высотах сплошных препятствий Н] = 50 мм; Я2= 100 мм; Нъ — 200 мм, показаны в приложении 11.
Результаты обработки лабораторных исследований аэродинамических характеристик подземного пешеходного перехода со сплошными препятствиями различной высоты сведены в табл. 3.5. Графические значения скоростей в модели перехода показаны на рис. 3.18.
Результаты аналогичных исследований с сетчатыми препятствиями высотой Hi = 50 мм, Н2 100 мм и Нз = 200 мм приведены в приложении 12. В табл. 3.6 показаны средние скорости и расходы воздуха в модели подземного пешеходного перехода в зависимости от высоты сетчатого препятствия и углов обдува модели, а на рис. 3.19 - графические результаты исследований.
Высота сплошного препятствия Я, мм Угол обдува а, градус Средняя скоростьи , м/с Средний расход воздуха L„_. м3/ч 50 030 45 60 2,49 2,11 1,30 0,76 4,03 3,41 2,11 1,22 100 030 45 60 2,88 .. 3,02 1,88 0,82 4,67 4,89 3,04 1,33 200 030 45 60 3,53 4,36 2,90 0,98 5,72 7,06 4,70 1,59 По аналогии с рис. 3.13 построен график максимальной эффективности естественной вентиляции (аэрации) за счёт ветрового давления при различных углах обдува при наличии препятствий движению воздуха (рис.3.17). Область максимальной эффективности вентиляции за счёт ветрового давления расширена. Максимальная эффективность естественной вентиляции за счёт ветрового давления при различных углах обдува относительно оси модели при наличии препятствий движению воздуха 90 Угол обдува о, градус Измерение скорости воздуха в тоннеле подземного пешеходного перехода в зависимости от высоты if сплошного препятствия и утла обдува А Л 4.и 1 п J.U О (\- "а? 100 - 2g=20Q 1 А 2?,=50 « г—- V v « 1.U я=о . \ і » 1_ _, 30 60 90 УГОЛ обдува а. градус Измерение скорости воздуха в тоннеле подземного пешеходного перехода в зависимости от высоты Н сетчатого препятствия и угла обдува
Путём экстраполяции кривых на рис. 3.18 и 3.19 получено, что при скорости воздуха в реальном тоннеле г = 0,3 м/с при наличии сплошных или иных препятствий между торцевыми входами — выходами (зданий, деревьев, кустарников, движущихся транспортных средств и т.п.) происходит увеличение зоны действия эффективной естественной вентиляции (аэрации) до углов обдува подземного пешеходного перехода 70 (рис. 3.17). Область направлений движения наружного воздуха, при котором происходит достаточный (и 0,3 м / с), естественный воздухообмен в подземных пешеходных переходах при наличии сплошных и сетчатых препятствий, увеличится с 45 до 70...75.
Похожие диссертации на Формирование параметров микроклимата в подземных пешеходных переходах
