Аэродинамические расчёты при проектировании вентиляционных выбросов

Рис. 2.6. Номограмма для вычисления параметра: 1 - подветренная зона; 2 - единая зона; 3 - наветренная зона.

Вычисления значений параметра и длин циркуляционных зон могут быть выполнены с помощью номограмм.

Для вычисления параметра служит номограмма, приведенная на рис. 2.6. Надо вычислить относительное расстояние рассматриваемого сечения от отрывной кромки, у которой начинается соответствующая циркуляционная зона.

Рис. 2.7. Номограмма для расчёта длины единой циркуляционной зоны.

Если предшествующая зона является подветренной, то при следует провести вертикальную линию до пересечения с линией 1 и от полученной точки провести горизонталь до шкалы на оси ординат. Получим значение .

Если , то надо найти значение и провести вертикальную линию до пересечения с наклонной линией, соответствующей значению и на шкале слева прочитать ответ. Аналогично рассчитываются значения и по графикам 2 и 3. Длину единой циркуляционной зоны можно определить по номограмме рис. 2.7.

Исходными параметрами являются относительные размеры здания , и параметр .

Рис. 2.8. Номограмма для расчёта длины наветренной циркуляционной зоны.

От значения проводят вертикаль до кривой, соответствующей значению , находят точку пересечения горизонтали с ординатой, соответствующей критическому значению =1,4. Затем полученную точку соединяют с точкой, соответствующем значению на левой шкале. Точка пересечения этой линии со шкалой указывает на искомое значение относительной длины единой зоны.

Аналогичным образом построена номограмма для расчета наветренной циркуляционной зоны. Отличие состоит в том, что не учитывается влияние ширины здания и длина зоны отнесена к максимально достижимой длине наветренной зоны при =0 и , равной 7,8Н.

Номограмма рис. 2.8 предназначена для определения длины наветренной циркуляционной зоны. Формулы для расчёта длин зон подветренной, подпора, а также торцевых зон длинных и коротких зданий просты, поэтому нет необходимости приводить номограммы.

2.8 Поправки, учитывающие направление ветра

При отклонении направления ветра от продольного и поперечного по отношению к рассматриваемому зданию более чем на 15° размеры и границы циркуляционных зон, а также характер движения воздушных потоков в них существенно изменяются. На крыше широкого здания возникают две наветренных и две подветренных зоны, возле узкого здания образуется единая зона, охватывающая, две подветренных стены. Движение воздушных потоков в циркуляционных зонах становится винтообразным, направленным вдоль подветренных стен в сторону движения ветра.

Рис. 2.9. Загрязненные зоны за моделями узких зданий при 90?, 75?, 60?, 45? и 15?.

Торцевые зоны превращаются в подветренно-торцевые либо поглощаются единой зоной. В зонах подпора движение воздуха также становится винтообразным, размеры этих зон уменьшаются и при определенных направлениях ветра исчезают. Любую стену здания можно считать наветренной в тех случаях, когда отклонение направления ветра от перпендикуляра к плоскости данной стены не превышает 45°.

Поскольку в большинстве практических случаев приходится иметь дело с ветром, направленным под углом к плоскостям стен, целесообразно подробнее рассмотреть картину движения. воздушных потоков и переносимых или загрязняющих веществ.

На рис. 2.9 и 2.10 показаны зоны, загрязненные газом, который выбрасывается из внутреннего точечного источника 1, расположенного у подветренной стены здания (рисунки скопированы с фотографий, полученных в аэродинамической трубе при взаимодействии аммиака с подложкой, пропитанной специальным раствором). Поскольку газообразные примеси могут переноситься навстречу ветру только циркуляционными течениями, то по границам загрязненного пространства на экране вблизи торцевых стен зданий можно судить о положении границ циркуляционных зон.

На рис. 2.9а видно, что при поперечном обтекании здания газ от наветренной стены переносится к торцевым стенам, следовательно, единая циркуляционная зона возникает как результат срыва воздушного потока не только с наветренной кромки крыши, но и с наветренных кромок торцевых стен. При отклонении направления ветра от поперечного торцевая зона у стены, обращенной к ветру, исчезает, а зона у противоположной торцевой стены, наоборот, увеличивается в размерах. Граница (в плоскости земли) единой зоны из симметричной, имеющей форму полуэллипса, смещается и вытягивается в направлении ветра.

Рис. 2.10. Загрязненные зоны за моделями широких зданий при 30?, 45?, 60?.

При угле менее 15° или более 75° изменения в картине течений по сравнению с =0? или =90° невелики. В связи с этим, поперечным или продольным направлением ветра можно считать направление, находящееся в пределах =90° 15°. Направления ветра под углом, находящимся в пределах = 15° _ 75°, являются "косыми". При "косых" направлениях ветра с уменьшением угла от 75° до 45° в картине воздушных течений вблизи зданий возникают все более существенные изменения, которые при дальнейшем уменьшении угла до 0° сглаживаются и картина течений вновь становится симметричной. Основные изменения в картине течений в данных условиях заключаются в возникновении направленного вдоль циркуляционных зон осредненного течения воздушных масс от наветренных кромок к подветренным.

Вследствие этого собственно циркуляционные течения переходят в винтообразные. Об этом свидетельствует рис. 2.9 г, д и 2.10, на которых видно, что загрязненная зона не достигает торцевой стены, обращенной к ветру. Распространению примеси против ветра в данном случае препятствуют осредненные потоки воздушных масс.

Наблюдающиеся при поперечном обтекании зданий (в плане) циркуляционные (вихревые) кольца при косых направлениях ветра трансформируются следующим образом: размер кольца с наветренной стороны уменьшается, превращаясь в небольшую подветренно-торцевую зону; кольцо с подветренной стороны, наоборот, сначала увеличивается в размерах (при = 75?_45°), затем уменьшается, стремясь к размерам подветренной зоны, соответствующей продольному обтеканию здания.

Характер течений, возникающих вблизи здания при "косых" направлениях ветра, показан на рис. 2.11 (зарисовка визуализированных дымом потоков в аэродинамической трубе).

Рис. 2.11. Характер течений, возникающих вблизи здания при "косых" направлениях ветра при =30?, 45?,60?.

В циркуляционных течениях можно выделить несколько характерных участков. Если здание широкое (в аэродинамическом смысле ), то возникают наветренные зоны с винтообразным движением воздушных масс, торцевые зоны, подветренная зона, подветренно-торцевые зоны с винтообразным движением воздуха (рис. 2.11,а). При уменьшении угла в диапазоне от 90° до 0° (при некотором промежуточном его значении) широкое здание становится узким (если при =0° оно является узким), о чем свидетельствует занос дыма на крышу здания от источника, помещенного у подветренной стены. В воздушных потоках около узких зданий наблюдаются зоны с циркуляционным (торцевые) и винтообразным (единые) движением воздушных масс (рис. 2.11, б, в).

С изменением направления ветра изменяются размеры циркуляционных зон. Длина наветренной зоны уменьшается до нуля, одновременно зарождается и увеличивается в размерах наветренная зона, образующаяся в результате срыва потока с другой кромки крыши, обращенной к ветру (рис. 2.11,а). При некотором критическом значении эта наветренная зона сливается с подветренной, превращаясь в единую циркуляционную зону (если при =0° здание является узким) (рис. 2.11,б). Подветренная зона с уменьшением постепенно уменьшается и переходит в подветренно-торцевую; одновременно зарождается и возрастает в размерах подветренно - торцевая зона у другой подветренной стены. Размеры последней увеличиваются от нуля до размера подветренной зоны, соответствующей углу =0° (в случае, если здание в аэродинамическом смысле является широким). Наветренные торцевые зоны при =75° исчезают. Следовательно, все стены (с точки зрения аэродинамики течений, возникающих вблизи зданий) превращаются в подветренные или наветренные. Зона подпора при угле 75° также исчезает.

Для количественной оценки размеров циркуляционных зон при "косых" направлениях ветра могут быть использованы зависимости, полученные для продольного и поперечного обтеканий зданий, с соответствующими поправками.

Поправки вводятся на характерные размеры зданий. При вычислении размеров единой и подветренной зон в качестве длины здания здания следует принимать длину миделевого сечения, вычисляемую по формуле:

м, (2.37)

где _ расчетная длина здания при произвольном направлении ветра, м;

_ острый угол между направлением ветра и плоскостью наветренной стены, градус.

Длину наветренной и подветренных торцевых зон следует вычислять по проекции соответствующей стены на нормаль к направлению ветра. Расчетная длина здания в этом случае равна

м. (2.38)

Расчетную ширину здания следует вычислять по формуле

м. (2.39)

Расчетной длиной циркуляционной зоны при косых направлениях ветра является наибольшее расстояние от соответствующей наветренной стены (в плане) до границы этой зоны, измеряемое в направлении движения ветра. Длину единой и подветренной зон следует измерять вдоль прямой линии, совпадающем с направлением ветра и проходящей через точку пересечения осей симметрии здания. Длину наветренной зоны следует измерять от точки пересечения одной из осей симметрии здания с соответствующей стеной (в плане) до границы этой зоны. Подветренно-торцевую зону следует измерять от вершины угла, образованного наветренной и подветренной стенами, до конца зоны на поверхности подветренной стены.

Рассмотрим порядок расчета размеров циркуляционных зон при косых по отношению к стенам здания направлениях ветра на примере.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.12. Схематический рисунок к примеру расчёта.

Отдельно стоящее здание в форме параллелепипеда имеет размеры: высота Н = 5 м, ширина b=7,5Н, длина l = 10 Н. Толщина вытеснения набегающего потока ветра равна =0,425 м. Требуется определить размеры циркуляционных зон, возникающих при обтекании здания ветром под углом 90°, 0° и 45° к его разбивочным осям (рис. 2.12).

Определим размеры циркуляционных зон, возникающих при поперечном и продольном направлениях ветра. Для этих направлений в соответствующие формулы необходимо подставить длину здания, равную l= 10Н при = 90° и l= 7,5Н при 0°.

При поперечном направлении ветра здание является длинным, поскольку (l= 10Н) > 1,41H. По формулам для длинных зданий находим размеры наветренной и подветренной циркуляционных зон.

Длина наветренной зоны равна (формула (2.2):

.

Поскольку длина наветренной зоны меньше ширины здания (b=37,5м ), здание является широким. Длина подветренной зоны равна (формула (2.3)):

lпв=4,8?5{1-exp[-0,4?100,68]=20,46 м.

Размеры наветренных торцевых зон у обеих торцевых стен одинаковы и равны (формула (2.11)):

=3,9•10?5{1-exp[-0,31(2?5/10/5)0,68]}=19,2 м.

При продольном направлении ветра здание является также длинным. Его длина (размер в поперечном ветру направлении) равна l=7,5Н, ширина равна b=10Н.

Определим длину наветренной зоны. Она равна

lн=7,8?5{1-exp[-0,31?7,50,68]}exp[-1,3?0,0850,54]=19,5 м.

длина подветренной зоны при продольном обтекании здания равна:

lпв =4,8?5{1-exp[-0,4?7,50,68]=19,03 м.

При угле =45° циркуляционные зоны имеют наименьшие размеры. Расчетную длину здания для наветренных зон определим по формулам (2.38) и (2.39):

=10Hsin(90?-45?)=7,07H=35,35 м;

=7,5HSin(45?)=5,3H=26,5 м.

Наветренные зоны имеют длину:

=7,8?5{1-exp[-0,31(35,35/5)0,68]}exp[-1,3(0,425/5)0,54)]=19,1 м.

=7,8?5{1-exp{-0,31(26,5/5)0,68]}exp[-1,3?(0,425/5)0,54]=17,1 м.

Определим длину подветренной зоны. Расчетный размер здания равен (формула (2.38)):

lp=10?5?Sin(90?-45?)+7,5?5Sin(45?)=61,85 м.

На основании этого результата получаем:

Lпв=4,8?5{1-exp[-0,4(61,85/5)0,68]=21,4 м.

Этот размер зоны откладываем на чертеже вдоль прямой, проходящей через точку пересечения осей симметрии здания параллельно направлению ветра, от подветренной кромки крыши (рис. 2.12).

Определим размеры подветренно - торцевых зон, используя размеры здания, вычисленные при определении наветренных зон:

=2,4?35,35{1-exp[-0,4(2?5/35,35)0,68]}=13.22 м,

=2,4?26,5{1-exp[-0,4(2?5/26,5)0,68]}=11,8 м.

Рис. 2.13. Зона распространения газа из источника, расположенного у подветренной стены модели узкого здания.

Размеры этих зон откладываем от вершин углов, образованных наветренными и подветренными стенами, вдоль подветренных стен.

Высоты подветренно - торцевых зон пропорциональны длинам этих зон. На рис. 2.12 нанесены границы всех рассмотренных в примере зон при направлении ветра под углом =45° к разбивочным осям здания. На рис. 2.13 и 2.14 приведены фотографии загрязнённых зон за моделями узкого и широкого зданий.

Если ветром обтекается группа зданий, то при косых направлениях в межкорпусных пространствах возникают воздушные потоки, движущиеся вдоль наветренных стен. Интенсивность поступательного движения воздушных масс в межкорпусных пространствах зависит от расстояния между зданиями x1 и угла, под которым направлен ветер по отношению к зданиям. При небольшом расходе этого потока его движение является винтообразным, межкорпусная зона не разрывается.

Рис. 2.14. Зона распространения газа из источника, расположенного у подветренной стены модели широкого здания.

Увеличение расхода этого потока приводит к разрушению аэродинамической связи между зданиями и к распаду межкорпусной циркуляционной зоны. У наветренной стены второго здания (в рассматриваемой паре) образуется хорошо проветриваемое пространство.

Параметром, характеризующим проветриваемость межкорпусного пространства, служит следующая относительная величина

, (2.40)

где H1, H2 _ высота первого и второго зданий соответственно в рассматриваемой паре смежных зданий, м;

_ длина части второго здания, отсекаемой плоскостью, которая является продолжением торцевой стены первого здания, обращенной к ветру (со знаком плюс) или длина части первого здания, отсекаемой плоскостью, являющейся продолжением плоскости торцевой стены второго здания, обращенной к ветру (со знаком минус), м.

Здесь наветренной считается та стена, которая обращена к ветру под углом от 90° до 45°.

Следует отметить два критических значения указанного параметра: винтообразное движение воздуха вдоль наветренной стены второго здания возникает при ; поступательное движение воздушного потока и разрушение межкорпусной циркуляционной зоны возникает при .

2.9 Сложные циркуляционные зоны, возникающие между зданиями

В общем случае отрыв пограничного слоя ветрового потока и возникновение циркуляционных зон происходит под действием положительного градиента давления и влиянием турбулентных вязких явлений. Следовательно, если в окрестностях точки присоединения оторвавшегося воздушного потока (в конце циркуляционной зоны) создать вдоль направления ветра дополнительный положительный градиент давления, присоединения потока не произойдет. Именно такой эффект создает второе по потоку здание, расположенное параллельно первому (при поперечном направлении ветра). Избыточное давление перед наветренной стеной отдельно стоящего здания большой длины проявляется на расстоянии (вверх по потоку) до 4_6 высот наветренной стены. Таким образом, если второе здание расположить на указанном расстоянии от конца циркуляционной зоны за первым зданием, присоединения потока ветра к поверхности земли не произойдет. В этом случае возникает сложная межкорпусная зона с общей для соприкасающихся в пространстве между зданиями зон циркуляцией воздушных масс.

Рис. 2.15. Фотографии, иллюстрирующие возникновение сложных межкорпусных циркуляционных течений.

На фотографии рис. 2.15. приведены три варианта возникновения сложных межкорпусных циркуляционных зон: на верхней фотографии источник дыма находится у наветренной стены четвёртого здания - дым переносится к подветренной стене третьего здания, поднимается кверху и выносится из межкорпусного пространства, на крыше третьего здания циркуляционной зоны нет; в средине - источник дыма находится у подветренной стены третьего здания, дым переносится обратными потоками к первому зданию и затем проникает во все межкорпусные пространства, внизу _ источник дыма находится у подветренной стены четвёртого здания, картина загрязнения аналогична таковой на средней фотографии.

Рис 2.16. Определение координат точки М пересечения границ зон по графикам.

Сложные межкорпусные циркуляционные зоны имеют талое же строение, что и циркуляционные зоны у отдельно стоящих зданий. В этих зонах можно выделить участки отрыва потока от граничной поверхности и участки его присоединения, а также границу циркуляционной зоны и поверхность нулевой горизонтальной составляющей скорости ветра.

Линия отрыва в большинстве случаев является фиксированной и находится на отрывной кромке крыши; положение линии присоединения меняется в зависимости от рада факторов. В точке присоединения потока оканчиваются границы циркуляционной зоны и линия нулевой продольной составляющей скорости ветра. В этой точке происходит разветвление потока на два: основной и обратный потоки. Последний движется к подветренной стене первого здания. Но в отличие от случая отдельно стоящих зданий точка присоединения потока лежит не на земле, а на наветренной стене или крыше второго здания.

На первом этапе построения границ сложных циркуляционных зон необходимо определить, являются ли рассматриваемые здания, сооружения (или их конструктивные элементы) смежными. С этой целью следует вычислить критическое расстояние x1кр между ними. К смежным следует относить здания, находящиеся одно от другого на расстоянии x1, меньшем критического x1кр, вычисляемого по формуле:

x1кр=li+3lп2-bуз м, (2.41)

где li _ длина подветренной или единой циркуляционной зоны первого по потоку здания в предположении, что оно отдельно стоящее, м;

lп2 _ длина циркуляционной зоны подпора второго здания в предположении, что оно отдельно стоящее, м;

bуз _ ширина первого по потоку ветра узкого здания (если здание широкое, то bуз =0), м.

Установление критического расстояния между зданиями является важным моментом расчетов, так как возникновение или разрушение межкорпусной зоны существенно меняет картину движения воздушных масс и переноса примесей в межкорпусных пространствах

В ряде случаев, когда второе по потоку здание выше первого, зона подпора второго здания может взаимодействовать с наветренной циркуляционной зоной. Это взаимодействие возникает тогда, когда зона избыточного положительного давления, возникающая перед вторым зданием, распространяется в пространстве над поверхностью крыши первого здания. Зависимость для определения критического расстояния между наветренными стенами первого и второго зданий может быть представлена в виде

, (2.42)

где _ длина наветренной циркуляционной зоны первого здания, м;

_ длина зоны подпора второго здания, определяемая по разности первого и второго зданий, м;

_ ширина первого по потоку ветра широкого здания, м.

Из соотношений (2.41) и (2.42) следует, что во всех случаях, когда и , в межкорпусном пространстве будет возникать единая циркуляция воздушных масс и переносимых ими примесей.

Приведенные формулы являются в достаточной мере универсальными и могут быть применены для расчета длин циркуляционных зон зданий простой формы, а также при соответствующей корректировке _ для зданий любой конфигурации.

Обтекание ветром второго и последующего зданий оказывается сложнее, чем отдельно стоящих. Причина этого заключается во влиянии впереди расположенного здания на обтекание здания, стоящего за ним.

Для определения размеров циркуляционных зон второго и последующих зданий необходимо знать следующие параметры:

_ степень защищенности наветренной стены рассматриваемого здания;

_ толщину вытеснения в сечении потока, проходящем через плоскость наветренной стены этого здания;

_ относительные размеры незащищенной от ветра части рассматриваемого здания.

При определении этих параметров важным моментом является нахождение координат точки M пересечения границ зон в межкорпусных пространствах. Координаты точки М можно определить графическим методом.

Для определения координат следует на схематическом чертеже в соответствующем масштабе построить контуры рассматриваемых зданий (рис. 2.16) и нанести границы циркуляционных зон так, как будто эти здания являются отдельно стоящими. При этом длина зоны подпора перед вторым зданием вследствие влияния первого здания увеличивается в три раза. Её граница близка к прямолинейной и без большой погрешности может быть проведена в виде прямой линии, соединяющей точки E и D (см. рис. 2.16).

Координаты точки М пересечения границ определяют путем измерения на схематическом чертеже. Часть наветренной стены второго здания ниже уровня расположения точки M является защищенной от воздействия прямого потока ветра. Проведя горизонтальную линию от точки M до пересечения ее с контуром второго здания, найдем высоту незатененной части наветренной стены (расчетную высоту здания Нр). Зона подпора, возникающая перед незатененной частью стены, оканчивается на высоте

м; (2.43)

где расстояние от подветренной стены первого здания до точки M, м.

Граница межкорпусной циркуляционной зоны вблизи первого здания на участке почти до точки М совпадает с границей единой или подветренной зоны, затем в окрестности точки М плавно отклоняется кверху и заканчивается в точке присоединения (см. рис. 2.16). Линия, нулевых горизонтальных скоростей также совпадает с аналогичной линией подветренной зоны, затем отклоняется кверху и заканчивается в точке .

Влияние первого по потоку здания на обтекание второго проявляется не только в том, что часть наветренной стены оказывается затененной, но и в резкой деформации скоростного поля набегающего на второе здание потока ветра, что сказывается на изменении толщины вытеснения .

Для расчетного определения размеров наветренной или единой циркуляционных зон второго здания можно воспользоваться соответствующими формулами, полученными применительно к отдельно стоящим зданиям, но в качестве расчетной высоты здания следует принимать Нр, причем длина и ширина здания должны быть отнесены к расчетной высоте здания.

В качестве примера рассмотрим следующий случай (см. рис. 2.16,а). Здание размерами b/H =1; l/H =10 обтекается ветром в поперечном направлении. Толщина вытеснения равна 0,085Н. По формуле (2.1) определим длину единой зоны. Она равна 8,7 Н.

За рассмотренным выше зданием на расстоянии x1 = 5 Н1 расположено второе такое же здание. Определим, являются ли эти здания смежными. Для этого по формуле (2.41) вычислим величину x1кр. В этой формуле неизвестна величина lп. Воспользовавшись формулой (2.4), получаем lп=1,29 Н. Критическое расстояние x1кр = 11,6 Н. Сопоставляя фактическое расстояние с критическим, заключаем, что эти здания являются смежными и при действии ветра между ними возникает межкорпусная циркуляционная зона.

Рассмотрим картину обтекания двух широких зданий, расположенных на расстоянии одно от другого x1=6 Н. Размеры обоих зданий равны (1?5?10)Н (рис. 2.16,б). Толщина вытеснения перед первым зданием =0,085Н.

По формуле (2.2) определим длину наветренной зоны первого здания. Она равна 4,46Н.

Длина подветренной циркуляционной зоны, рассчитанная по формуле (2.3), равна 4,04Н. Длина зоны подпора перед вторым зданием равна 1,36Н. Здания являются смежными. Построив границы подветренной зоны и зоны подпора, определим по чертежу рис. 2.15,б расчетную высоту второго здания Нр и расстояние xм: Hp= 0,6Н; xм =3,7Н.

Точка присоединения потока с' лежат на наветренной стене второго здания на высоте 0,46 Н от уровня точки пересечения границ М. Соединив точку с' с кривой ОМ так, как это показано на рис. 2.16,б, получим границу межкорпусной циркуляционной зоны. Линия нулевых скоростей строится аналогичным образом (на рис. 2.16,б показана пунктиром).

Для оценки длины наветренной зоны, возникающей на крыше второго здания, необходимо вычислить по формуле (2.7) величину в сечении x1 и отнести длину этого здания к Нр. Величина =1,68Нр, длина lp=16,7Нр. Рассчитанная по формуле (2.2) длина наветренной зоны равна 1,36 Нр или 0,82 Н2. По опытным данным эта длина равна 0,9Н2. Отклонение вычисленного значения от опытного составляет 12.5%. Если расстояние между зданиями сократить до 4Н, то длина наветренной зоны второго здания также уменьшится и составит 0,47Н2.

На основании рассмотренных примеров можно заключить, что при обычных для промышленных площадок разрывах между зданиями размеры наветренных циркуляционных зон невелики и, как правило, не превышают ширины зданий, вследствие чего большинство производственных зданий являются в аэродинамическом смысле широкими.

Определение размеров циркуляционных зон и положения их границ за вторым и следующими (вдоль по потоку ветра) зданиями выполняется в том же порядке. В случае группового расположения зданий расчеты следует выполнять последовательно, начиная от наветренной границы промышленной площадки до рассматриваемо здания.

2.10 Классификация смежных зданий

Разработанная расчётно-графическая методика определения размеров и построения границ сложных межкорпусных циркуляционных зон справедлива для разнообразного сочетания размеров и конфигураций зданий, в том числе для зданий, отличающихся высотой и длиной. При построении границ сложных циркуляционных зон смежные здания целесообразно разделить на ряд групп, каждая из которых отличается присущей только ей картиной движения воздушных потоков и особенностями построения границ циркуляционных зон.

В зависимости от направления ветра можно выделить следующие сочетания разновысоких зданий: первое здание выше второго; первое здание ниже второго. В зависимости от расстояния между зданиями среди разновысоких зданий могут быть выделены случаи: границы циркуляционной зоны за первым по потоку зданием и зоны подпора утроенной длины перед вторым зданием пересекаются; то же, не пересекаются.

В каждой паре смежных зданий, в котором первое по потоку ветра широкое здание выше последующих, целесообразно различать следующие случаи их взаимного расположения (рис. 2.17):

Рис. 2.17. Границы сложных циркуляционных зон, возникающих между смежными зданиями, первое из которых выше второго;

а _ ; б _ ;в _ г _ .

_ второе по потоку ветра здание находится от первого на расстоянии, превышающем длину подветренной циркуляционной зоны первого здания (рис. 2.17,а);

_ второе по потоку ветра здание находится от первого на расстоянии, меньшем длины подветренной циркуляционной зоны, причем граница этой зоны оканчивается на поверхности крыши второго здания (рис. 2.17,б);

_ второе здание находится от первого на расстоянии, меньшем длины подветренной циркуляционной зоны первого здания, причем граница этой зоны оканчивается за подветренной стеной второго здания на поверхности земли (рис. 2.17,в).

В последнем случае могут быть выделены следующие разновидности: третье здание по отношению к первому является отдельно стоящим (рис. 2.17,в); третье здание является смежным с первым (рис.2.17,г).

Рассмотренные случаи взаимного расположения зданий справедливы также при первом по потоку ветра узком здании.

А _ ; б_ ; в_ ;г_ ; д_

В группе смежных зданий, в которой первое по потоку ветра здание ниже последующих, могут возникнуть следующие случаи (рис. 2.18):

Рис. 2.18. Границы сложных циркуляционных зон, возникающих между зданиями, первое из которых ниже второго:

а) второе здание находится от первого широкого здания на расстоянии, равном или превышающем утроенную длину циркуляционной зоны подпора второго здания, определяемую по разности высот второго и первого зданий (рис. 2.18,а), но меньшем критического расстояния x1кр;

б) второе здание находится от первого широкого здания на расстоянии, меньшем утроенной длины его зоны подпора, причем граница этой зоны начинается на поверхности крыши первого здания вне наветренной зоны (рис. 2.18,б);

в) второе здание находится от первого широкого на таком расстоянии, когда границы наветренной зоны и зоны подпора пересекаются в пределах межкорпусного пространства (рис. 2.18,в);

г) второе здание находился от первого узкого на таком расстоянии, когда границы единой зоны и зоны подпора пересекаются в пределах межкорпусного пространства (рис. 2.18,г);

д) второе здание находится от первого на таком расстоянии, что оказывается полностью погруженным в циркуляционную зону подпора первого здания.

В каждой паре смежных зданий второе по потоку здание может быть незатопленным (рис. 2.17,а, б, в; 2.18,а), частично затопленным (рис. 2.17,г; 2.18 б) и затопленным полностью (рис. 2.17,д; 2.18,в, г). За незатопленными и частично затопленными зданиями возникают подветренные циркуляционные зоны; у затопленных зданий эти зоны не возникают. Первое здание может быть затопленным в случае, когда оно находится в зоне подпора второго здания (рис. 2.18,д), или частично затопленным зоной подпора (рис. 2.18,б,в).

2.11 Формулы для расчёта границ сложных циркуляционных зон

Если границы циркуляционных зон смежных здании пересекаются в пределах межкорпусного пространства, координаты точки М их пересечения могут быть вычислены но следующей методике.

Координаты границ циркуляциоиной зоны подпора и обратного потока в ней рассчитываются по формулам (2.17) и (2.21), причем в правых частях этих формул надо заменить длину lп на 3lп.

Входящим в эти формулы параметр следует вычислять для сечения, совпадающего с плоскостью наветренной стены второго здания.

Далее вычисляют расчетную высоту Нр второго здания по формуле:

Hp2=H2-zм м, (2.44)

где H2 _ высота второго здания, м;

zм _ возвышение точки М над твердой граничной поверхностью (над уровнем земли или крыши здания), м. Координаты точки М пересечения границ циркуляционных зон в межкорпусном пространстве могут быть вычислены по следующим формулам:

м, (2.45)

zм = f(xм) м, (2.46)

где xм, zм _ координаты точки М пересечения границ циркуляционных зон, м;

f(xм) _ функция координат границы одной из пар рассматриваемых циркуляционных зон, в которой координата x заменена значением xм, м;

a1, a2,k _ комплексные параметры, значения которых следует вычислять по формулам:

_ при пересечении границ единой циркуляционной зоны первого здания и зоны подпора второго здания

; (2.47)

;

;

; (2.48)

где x0 _ расстояние от наветренной стены первого здания до наветренной стены второго здания, равное x0=b1+x1;

lпм = 3lп;

H1, b1 _ высота и ширина (вдоль ветра) первого здания, м.

Координаты границы зоны подпора в этом случае вычисляют по формуле

.

_ то же подветренной зоны первого здания и зоны подпора второго здания

; (2.49)

, (2.50)

где x1 _ расстояние между рассматриваемыми зданиями, м;

Координаты границы зоны подпора в этом случае вычисляют по формуле

.

_ то же, наветренной циркуляционной зоны первого здания и зоны подпора второго здания

; (2.52)

;

, (2.52)

где x0 _ расстояние от наветренной стены первого здания до наветренной стены второго здания (или надстройки), равное x0=b1+x1;

В тех случаях, когда определяют координаты точки пересечения границ наветренной зоны и зоны подпора, расчетную длину зоны подпора следует вычислять по разнице высот второго и первого зданий, при этом расчетные значения относительной длины здания и параметра должны быть пересчитаны на расчетную разницу высот зданий.

При определении координат границы сложной циркуляционной зоны необходимо по расчетной высоте Нр второго здания вычислить длину зоны подпора перед вторым зданием (с учетом влияния первого здания) по формуле (2.4) и координаты границы зоны подпора и обратного потока в ней по формуле:

м; (2.53)

м, (2.54)

где lп.р _ утроенная длина зоны подпора, вычисляемая по расчетной высоте здания Нр.

При вычислении длины зоны подпора lп.р относительные значения расчетных параметров в формуле (2.4) должны быть приведены к расчетной высоте Нр здания.

Для нахождения координат границы сложной зоны, образующейся в результате взаимодействия зон подветренной или единой первого здания и зоны подпора второго здания, необходимо сложить вертикальные координаты границы циркуляционной зоны первого здания и приращения вертикальных координат, определяемых по формуле (на участке )

. (2.55)

На участке x>xм граница сложной зоны совпадает с границей зоны подпора, координаты которой следует рассчитывать по формуле (2.17).

Если сложная зона образована в результате взаимодействия наветренной зоны первого здания и зоны подпора второго здания, то допустимо ее границу считать совпадающей с границей взаимодействующих зон. При этом координаты границы зоны подпора следует вычислить по формуле (2.17), заменив в ней координату zм высотой первого здания Нр.

Если граница единой или подветренной циркуляционной зоны оканчивается на наветренной стене второго здания на уровне , то расчетная высота Нр второго здания будет равна (здесь z2 _ вертикальная координата границы циркуляционной зоны первого здания в плоскости наветренной стены второго здания, м).

Если одно из зданий в рассматриваемой паре смежных зданий является частично затопленным, необходимо учитывать следующие особенности методики определения координат границ сложных циркуляционных зон:

а) единая циркуляционная зона оканчивается на крыше второго здания:

_ координаты границы сложной зоны следует вычислять по формуле (2.14) при z?H2 (здесь H2 - высота второго здания, м).

Условие z ?H2 выполняется при x?b1+x1.

_ расчетную длину единой циркуляционной зоны при наличии второго частично или полностью затопленного здания следует определять по формуле (2.1), подставляя в нее значение высоты Hc.e.

 м, (2.56)

где Hс.е _ расчетная высота первого узкого здания, смежного со вторым частично или полностью затопленным зданием, м;

H1 _ высота первого здания, м;

_ объем второго здания в пределах единой циркуляционной зоны первого здания, м ;

, _ расчетные длина и высота единой циркуляционной зоны первого здания, рассматриваемого как отдельно стоящее, м;

_ длина первого здания, м.

Объем частично затопленного здания следует определять как произведение ширины части второго здания на высоту H2 и ширину проекции второго здания на плоскость подветренной стены первого здания.

Расчетная длина и ширина первого здания, а также параметр при вычислении по формуле (2.1) должны быть отнесены к высоте здания Hс.е.

б) подветренная циркуляционная зона первого здания оканчивается на крыше второго здания _ координаты границы сложной циркуляционной зоны следует вычислять по формуле (2.16) при . Условие выполняется при x>x1.

Расчетную длину подветренной зоны при наличии второго частично затопленного здания следует вычислять по формуле (2.3), подставляя в нее значение высоты здания Hс.п, вычисляемое по формуле;

м, (2.57)

где Hсп _ расчетная высота первого широкого здания, смежного со вторым частично затопленным зданием, м.

При этом длина первого здания должна быть отнесена к высоте Hсп.

в) первое здание является полностью затопленным циркуляционной зоной подпора второго здания _ координаты границы сложной зоны следует рассчитывать по формуле (2.17) при условии z>H1 и при x=-(x1+b1).

г) первое здание частично затоплено циркуляционной зоной подпора второго здания, но взаимодействие с наветренной зоной отсутствует _ граница сложной циркуляционной зоны описывается формулой (2.17) при z>H1. В качестве расчетной высоты следует принимать разницу высот второго и первого зданий (H2-H1), причем расчетная длина второго здания и параметр должны быть отнесены к этой разнице высот.

Рис. 2.19. Сложная циркуляционная зона: ОС _ границы подветренной циркуляционной зоны; DЕ _ граница зоны подпора; 1 _ граница зоны; 2 _ линия нулевых скоростей

Отсутствие взаимодействия циркуляционных зон подпора и наветренной устанавливают по соотношению (2.42).

Следует иметь ввиду, если при расчете длины единой и наветренной циркуляционных зон с учетом влияния смежного здания выяснится, что последнее из частично затопленного переходит в незатопленное, вычисление координат границы сложной циркуляционной зоны надо повторить по формулам для незатопленных зданий.

Необходимость в построении полной границы межкорпусной зоны требуется в редких случаях, но определение координат точки M, позволяющих определить ветрозащищённость второго в паре здания, является необходимым условием для построения границ зон у второго здания.

2.11.1 Примеры расчётов

Рассмотрим несколько конкретных примеров. Определим размеры и положение границы межкорпусной циркуляционной зоны между двумя параллельно расположенными зданиями при поперечном их обтекании ветром, когда первое здание ниже второго (рис. 2.19).

Размеры зданий: первое Н1 = 15м, b1=3Н1; l1 = 4Н1; второе - b2 =Н2; l2 = 4Н2; Н2 = 1,5Н1. Расстояние между зданиями х1 = 3Н1. Рассматриваемые здания находятся среди малоэтажной городской застройки (= 15 м).

Рис. 2.20. Примеры построения границ сложных циркуляционных зон (первое здание выше второго): а _ первое здание широкое, второе здание незатопленное; б _ то же, второе здание частично затопленное; в _ первое здание узкое, второе незатопленное.

Найдем длину наветренной зоны на крыше первого здания по формуле (2.2) при l1/H1 = 3 и =15/15=1. Находим lн = 0,125?7,8Н1 = 1,16Н1. Поскольку lн<b1, первое здание является широким.

Длину подветренной зоны за первым зданием определим по формуле (2.3). При l1 = 4H1 находим lпв = 0,65?4,8=3,1Н.

Определим длину зоны подпора перед вторым зданием по формуле (2.4). По значению l2=4Н2 находим lп=1?0,73? 1,5Н2 = 1,1Н2.

Критическое расстояние между зданиями равно (формула 2.41): x1кр = З,1?15 + 3?1,1?22,5=120 м.

Поскольку x1<xкр (так как x1 = 45 м, а x1кр = 120 м), здания являются смежными.

5) Нанесем контуры зданий и границы циркуляционных зон в соответствии с рис. 2.4,б на схематический чертеж рис. 2.19. При этом следует учитывать, что длина зоны подпора должна быть утроена. По чертежу рис. 2.19, выполненному в соответствующем масштабе, графическим путем находим zм=12 м; хм = 27 м.