Автореферат диссертации (1141463), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Скорость воздушного потока в любой точкенад рассматриваемой формой рельефа может быть определена из уравнения:, = √2 + 2 ,где Ux и Uy определены из уравнений соответственно (10) и (13).21(16)Рисунок 8 – Линии тока для профиля положительной формы техногенногорельефа при l1 = 3, l2 = 2Теоретический метод источников и стоков позволяет получить качественнуюи количественную картину двухмерного обтекания воздушным потоком техногенного рельефа в виде отвалов трапециевидного сечения. Вместе с тем в градостроительном проектировании необходимо знать территориальное распределение характеристик ветрового режима, т.е.
на плане местности. Для этого потребовались эксперименты в аэродинамической трубе.Задача экспериментального исследования аэрационного режима нарушенныхтерриторий заключается в выявлении зависимости значений коэффициентов трансформации τ от геометрических параметров техногенного рельефа. Несмотря на то,что натурные наблюдения могут дать наиболее точные значения искомых коэффициентов с учетом всех объективных факторов, влияющих на них, предпочтениеследует отдать экспериментам в аэродинамической трубе, поскольку последниепозволяют варьировать геометрические параметры техногенного рельефа, направление, скорость и начальную турбулентность воздушного потока.Экспериментальные исследования методом физического моделированияв аэродинамической трубе основаны на современной теории аэродинамическогоподобия.Теоретические предпосылки исследований методом физического моделирования.Одной из основных и сложных задач в аэродинамических испытаниях является создание в аэродинамической трубе такого потока, который был бы подобенветру в натурных условиях.Опыт других исследователей показывает, что при выполнении экспериментальных исследований в аэродинамических трубах необходимо соблюдение геометрического, кинематического и динамического подобий (Горлин С.М., Зражевский И.М., Реттер Э.И., Серебровский Ф.Л., Немото С.
и др.)Обязательным в аэродинамических экспериментах является геометрическоеподобие]. Обозначив Lм и LN характерные линейные размеры в натуре и на моделях, получим значения относительных координат:= =; ==;== 22(17)Эти уравнения являются условием геометрического подобия аэродинамических экспериментов, которое обеспечивается точным изготовлением модели вопределенном масштабе. Масштаб моделей выбран М 1:1000.Обозначив характерные скорости воздушного потока для натуры Ucon и для модели Ucom, получим относительные компоненты скорости для натуры и для модели:== (18)Это уравнение является условием кинематического подобия набегающих потоков.Кинематическое подобие набегающего воздушного потока обеспечиваетсяустановкой в конфузоре аэродинамической трубы специальной решетки, воссоздающей переменный по вертикали профиль скорости потока.Таким образом, устанавливая скорость воздушного потока в аэродинамической трубе 1,5 м/с на высоте 0,01 м от уровня рабочего стола, моделируется ветровой поток со скоростью 15 м/с на высоте 10 м над поверхностью земли.Профиль скорости воздушного потока, полученный на установке, описываетсялогарифмическим законом: =1 ln0(19)Трансформация воздушного потока, обтекающего техногенные формы рельефа в сечении.Трапециевидный отвал.
В этой серии экспериментов исследовали модели,имеющие одинаковую высоту (30 мм) и одинаковую ширину по вершине отвала(100 мм). Варьировался угол откоса отвала: 17°; 30°; 41°, то есть отношение высотыотвала к заложению его откоса. Эта величина была принята как основной геометрический показатель модели, она равнялась соответственно 1/3,3; 1/1,7 и 1/1,1.На основании проведенных экспериментов установлено, что выравниваниепрофиля скорости воздушного потока над моделью происходит на уровне, равномтрем высотам модели.При обтекании воздушным потоком модели отвала трапециевидного сечениянаблюдаются три характерные зоны изменения скорости воздушного потока: зонанекоторого повышения скорости набегающего воздушного потока, приуроченнаяк вершине и верхним частям склонов и две зоны торможения в наветренной частиотвала в пределах его подножия и прилегающей к нему территории и в заветреннойчасти отвала в пределах его подножия, и прилегающей к нему территории(рисунок 9).23τРисунок 9 – Трансформация воздушного потока, обтекающего отвалтрапециевидного сечения под углом 90°После математической обработки результатов экспериментов зависимость коэффициента трансформации τ от относительной координаты может быть представлена следующими формулами:для зон 1,2,3 и 4 = + для зоны 5 = + lgТрапециевидная карьерная выемка.
Исследовали модели карьерных выемок,имеющих в сечении трапециевидную форму, при направлении воздушного потокапод 90° к продольной оси выемки. Углы откоса бортов карьерной выемки к заложению откоса равнялось соответственно 1/3,3; 1/1,7; 1/1,1.Изучалось влияние ширины карьерной выемки на скорость набегающего воздушного потока. Ширина карьерной выемки принималась на уровне ее дна и измерялась в относительных величинах (относительно глубины карьерной выемки).Изменение скорости воздушного потока за контурами карьерной выемкинаблюдается на расстоянии, равном двум-трем глубинам выемки и заметнее ощущается при более крутых склонах.Коэффициенты трансформации в пределах зон повышенных скоростей могутдостигать значений, равных 1,1-1,2.При обтекании воздушным потоком карьерных выемок различной ширинынаблюдается на уровне ее дна изменение скорости воздушного потока.
С увеличением ширины выемки коэффициенты трансформации воздушного потока увеличиваются (рисунок 10), что способствует естественному проветриванию карьернойвыемки.24τ1,21,00,80,60,40,202468101214161820xРисунок 10 – Зависимость значений коэффициента трансформации от xТеррасированный отвал и террасная застройка склонов. Для исследованияпроцессов трансформации воздушного потока, обтекающего террасированные отвалы и террасную застройку склонов, проведено 25 экспериментов по продувке моделей.Исследовалось влияние террас, террасной застройки в различных частяхсклона и на склонах различной крутизны на изменение скорости воздушного потока. Исследовалась также трансформация ветрового потока, обтекающего террасную застройку, в зависимости от направления потока относительно террасной застройки.По результатам экспериментов построены графики изменения коэффициентатрансформации воздушного потока в зависимости от расположения террасной застройки на склоне, направления воздушного потока, угла откоса склона(рисунок 11).Аэрационный режим террасной застройки значительно изменяется в зависимости от расположения ее на разных частях склона по высоте.
Исследовалось расположение террасной застройки в верхней, средней и нижней частях склона с отношением h/a = 1/1,7. При расположении террасной застройки в нижней частисклона коэффициенты трансформации воздушного потока плавно возрастают отзначений τ = 0,2 на нижних террасах до τ = 0,8 на верхних. При расположении террасной застройки в средней части склона τ продолжают расти до значений τ = 0,9.Коэффициенты трансформации для застройки, расположенной в верхней частисклона, уже достигают значений τ = 1,7...
1,8. Причем увеличение скорости воздушного потока наблюдается более интенсивное, чем при других положениях террас(рисунок 11 б).25Рисунок 11 – Зависимость значений коэффициента трансформации от расстояния, от крутизны склона (a) направление ветрового потока I; нижнее положение террас;1 – h/a = 1/1,1;2 – h/a = 1/1,7;3 – h/a = 1/3,3; от положения террас на склоне(б) направление ветрового потока I; h/a = 1/1,7; 1 – нижнее положение террас;2 – среднее; 3 – верхнее; от направления ветрового потока (в) среднее положениетеррас; h/a = 1/1,7.При расположении террасной застройки в верхней части склонов различнойкрутизны наибольшую нагрузку испытывает застройка, расположенная на болеекрутом склоне.Существенное значение для аэрационного режима террасной застройки имеетнаправление обтекающего ее воздушного потока (рисунок 11 в).Изменение коэффициента трансформации воздушного потока, обтекающеготеррасную застройку, можно описать следующей зависимостью: = ( − ) + (20)где А, В, С и D ~ эмпирические коэффициенты и свободные члены, зависящиеот геометрических параметров склона и положения террасной застройки.Экспериментальные исследования показали, что такой же вид имеют зависимости, описывающие изменение τ при обтекании воздушным потоком гладкого итеррасированного склона отвала.Для гладкого склона с h/a = 1/1,7 зависимость (20) имеет вид: = 0,5 sin(1,35 − 1,46) + 1,15(21)Для террасированного склона с размещенной на нем террасной застройкой зависимость имеет вид: = 0,38 sin(1,35 − 1,12) + 0,9826(22)Трансформация воздушного потока, обтекающего техногенные формы рельефа в плане.Продолговатый и квадратный в плане отвалы.
Исследовалось территориальное распределение трансформации воздушного потока, обтекающего продолговатый и квадратный в плане отвалы при различных углах атаки (рисунок 12). Испытывались модели отвалов трапециевидного сечения с различной крутизной откосовпри направлениях набегающего воздушного потока α 0°, 45°, 90° к продольной осиформы рельефа.
Для продолговатого отвала отношение длины к его ширине составляло 4. Измерения производили на высоте 10 мм, что соответствовало 10 м в натуредля моделей масштаба 1:1000. Скорость измеряли в точках координатной сетки состороной квадрата, равной высоте модели.При обтекании воздушного потока продолговатого в плане отвала наблюдалитри зоны изменения скоростей: зона повышенных скоростей (верхняя часть склонов и вершина отвала), зона пониженных скоростей на наветренной части отвала иприлегающей к ней территории и зона пониженных скоростей на заветренной части отвала и прилегающей к ней территории. Их площадь и расположение на поверхности модели и прилегающей территории изменялись в зависимости от формымодели и угла атаки набегающего потока (рисунок 12).Рисунок 12 – Изолинии значений коэффициента трансформации воздушногопотока, обтекающего прямоугольный в плане отвал.Расположение зон пониженных и повышенных скоростей у квадратного отвала аналогично продолговатому.Частично спланированный терриконик с террасной застройкой склонов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
