Обтекание здания потоком воздуха. Зона аэродинамического следа

При набегании потока на препятствие перед и за ним образуется область отрывного течения. Иногда эту область называютзастойной или зоной аэродинамического следа.

Определение размеров этой зоны, условий циркуляции в ней воздушных потоков и, следовательно, условий проветривания этой зоны также является целью аэродинамических исследований здания. Наибольшее значение это исследование имеет для промышленных зданий с большим количеством вредных выбросов.

При обтекании тел турбулентным установившимся потоком воздуха в зоне аэродинамического следа образуются сложные вихревые трехмерные движения. Характер движения в зоне аэродинамического следа определяется режимом набегающего потока (число Рейнольдса).

Рассмотрим схему обтекания потоком воздуха отдельно стоящего здания (рисунок 2.1)

Рисунок 2.1 - Схема обтекания здания потоком воздуха:

а – вертикальный разрез; б – схема движения воздуха в зоне аэродинамического следа:

1–граница между вихрями в зоне аэродинамического следа; 2–зона избыточного давления; 3– здание; 4–зона разрежения и вихревого движения воздуха; 5–обратные потоки воздуха, входящего в зону аэродинамического следа; 6–граница зоны аэродинамического следа; 7–граница влияния здания на поток воздуха; 8–вихреобразные потоки из зоны избыточного давления в зону разрежения.

При набегании на препятствие нижние слои потока затормаживаются, и кинетическая часть энергии этого потока переходит в потенциальную, т. Е статическое давление увеличивается. Это происходит постепенно по мере приближения к зданию и начинается примерно за 5-8 калибров до здания (калибр – средний размер фасада здания). Максимального значения статическое давление достигает на поверхности наветренного фасада. Набегающий поток образует зону циркуляции непосредственно у поверхности здания. Вихри, образующиеся здесь, как бы дополняют форму здания до удобообтекаемой и тем самым уменьшают потери энергии основного потока. В этой зоне постоянно происходит смена воздуха, совершающего вихреобразные движения и уходящего на заветренную сторону здания.

Набегающий поток воздуха обтекает здание и зону циркуляции сверху и с боков. Обтекающий здание поток воздуха в силу некоторого поджатия имеет скорость большую, чем скорость ветра. Этот поток интенсивно эжектирует воздух с заветренной стороны здания, где в результате этого давление уменьшается. Воздух, уносимый из заветренной стороны, компенсируется приземными слоями потока, в которых воздух заторможен настолько, что может изменить направление своего движения. На заветренной стороне здания образуется несколько вихрей (на рисунке их показано два). Расположение границы зоны аэродинамического следа в этой области указано ориентировочно. Эта граница заметна лишь вблизи места срыва потока с наветренного фасада. Подвижность воздуха в приземной застойной области настолько мала, что из него осаждаются мельчайшие взвешенные частицы.

В реальных условиях имеют место пульсирующие изменения направления и силы ветра, что приводит к изменению габаритов и циркуляции воздуха в зоне аэродинамической тени во времени.

При обтекании группы зданий зоны аэродинамических следов влияют друг на друга, и аэродинамика обтекания усложняется.

Знание размеров зоны аэродинамического следа дает возможность решать вопрос о расположении точек выброса вредных веществ и мест воздухозабора. Например, если очистка удаляемого из здания загрязненного воздуха невозможна, то выброс этого воздуха необходимо осуществлять выше зоны аэродинамического следа, т.к. при попадании вредных веществ в зону, концентрация их может превысить допустимую.

Воздухозабор приточных систем целесообразно устраивать на боковых фасадах или на главных фасадах в местах, примыкающих к торцам здания, т.к. здесь проходит поток воздуха с наветренной стороны, подпитывающий зону аэродинамического следа на заветренной стороне здания.