РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ВИКОНАННЯ АЕРОДИНАМІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ СИСТЕМ КОЛОВИХ ЦИЛІНДРІВ
2.1. Програма та алгоритм виконання експерименту
Для досягнення поставленого завдання розроблено методику виконання аеродинамічного експерименту придатного для потреб будівництва.
Вказівки до постановки аеродинамічного експерименту представлені у вітчизняній літературі [10, 11, 37, 40] головним чином пристосовані до потреб авіації і не відповідають потребам будівництва, оскільки умови, для яких вони розроблені (швидкість, тиск, досліджувані форми), сильно відрізняються від умов, що мають місце в будівельній практиці. Для таких "нестандартних" швидкостей та форм у вітчизняній літературі методичні вказівки з виконання експериментальних досліджень практично відсутні або побудовані на методах авіаційної аеродинаміки. Крім того, вітчизняні літературні джерела з яких можна почерпнути інформацію про виконання експериментальних досліджень придатну для будівництва вже застаріли, не враховують досягнень сучасної електронно-вимірювальної техніки і датуються серединою вісімдесятих років минулого століття.
Безумовно, що в найбільших світових науково-дослідних осередках методика виконання аеродинамічних експериментальних досліджень із вивчення поведінки будівельних конструкцій в потоці вітру досконально розроблена, але в сучасній іноземній літературі, матеріалах конференцій, які стосуються будівництва (в основному конструювання мостів), автори дуже неохоче діляться своїм досвідом, оскільки інформація подібного роду є комерційною таємницею. Наприклад, у досить об'ємній роботі проф. З. Манько [98] з Вроцлавської політехніки, яка присвячена аналізу сучасних аеродинамічних досліджень моделей підвісних мостів виконаних у різних країнах серед кінцевих результатів досліджень одиничних в своєму роді об'єктів та великої кількості загальновідомої інформації про техніку виконання експерименту автору вдалося знайти лише декілька слів. Відповідно до задач досліджень, сформульованих в першому розділі роботи, після ґрунтовного аналізу праць попередників, було розроблено програму (табл.2.1) та алгоритм виконання експериментів (рис.2.1).
Таблиця 2.1
Поетапна програма аеродинамічних досліджень груп колових циліндрів
1. Підготовчий етап. Підбір параметрів напливу в аеродинамічній трубі, гідродинамічному каналі (вибір швидкості, необхідної турбуленції). Вибір розмірів моделі.2. Експериментальний етап аеродинамічних досліджень2.1. Калібрація аеродинамічної труби та гідравлічного каналу2.2. Експериментальний етап аеродинамічних дослідженьПараметр, що вимірюєтьсяМісце виконання експериментуДосліджувані моделі?S?S?S?SРозклад тисків в сліді за моделлю, розклади тисків на поверхні моделіАеродинамічна труба00-900
крок 1500,5D-3D
крок 0,5D00-900
крок 1500,5D-2D
крок 0,5D00-900
крок 1500,5D-2D
крок 0,5D00-900
крок 1500,5D-3D
крок 0,5DТраєкторії при опливанні циліндрівГідродинамічний канал-//--//----//--//--//--//-Частота відривання вихорів за моделлю-//-00, 9000; 0.1D; 0.3D; 0.5D; 0.8D--00; 900; 18000; 0.1D; 0.3D; 0.8D00; 4500; 0.8D3. Обробка результатівШукана величинаЗастосований методКоефіцієнт аеродинамічного опору системи циліндрів в ціломуМетод збереження імпульсівКоефіцієнт аеродинамічного опору елементів системи та величини бічної аеродинамічної силиМетод інтегрування розкладів тисків на поверхні моделейЧисло СтрухаляЗастосування стандартних формул4. Порівняльний аналіз результатів5. Розробка методу активного керування аеродинамічним слідом Умовні позначення прийняті в табл. 2.1.: ? - кут атаки повітря, градуси; S- відносна відстань між циліндрами.
Рис.2.1. Алгоритм виконання аеродинамічного експерименту придатного до потреб будівництва
Для кращого розуміння процесів, що відбуваються під час опливання потоком повітря моделей, варто поєднати виконання експериментів у аеродинамічні трубі та у гідравлічному каналі. Подібне поєднання під час досліджень авіаційної техніки не мало би жодного наукового сенсу, оскільки беручи під увагу швидкості, які виступають при опливанні літака у реальних умовах та під час опливання у гідродинамічному каналі, а також пам'ятаючи про різницю в'язкості середовищ, числа Рейнольда будуть суттєво відрізнятися. Картина візуалізації одержана у воді не матиме нічого спільного з процесами, які відбуваються у повітрі. Але, як свідчать результати експериментів [92, 98], не дивлячись на різницю чисел Re (яка буде значно меншою під час досліджень будівельних конструкцій ніж в літакобудуванні), поєднання двох технік у галузі будівництва є досить успішним.
Аналізуючи дані, одержані у аеродинамічній трубі, для більш глибокого розуміння процесів, які відбуваються під час опливу повітрям будівель і споруд, варто скористатися з картин візуалізації одержаних у гідродинамічному каналі. Дослідження у гідравлічному каналі (виконання поверхневої візуалізації опливу) застосовані тому, що у порівнянні з іншими методами вони мають ряд переваг: одержані картини візуалізації є наглядними, а роботи пов'язані із виконанням експериментів є менш трудомісткі та дешевші.
2.2. Моделювання аеродинамічних явищ
Для безпосереднього переносу результатів модельних досліджень одержаних в аеродинамічній трубі на явища, що виникають в природі необхідно дотримуватися певних параметрів подібності, які характеризують наплив в двох порівнюваних системах. Серед них найбільш важливими є критерії геометричної, динамічної і термічної подібності. Тому слід пам'ятати про дію сил інерції, тиску, гравітації, динамічної в'язкості, перенесення імпульсу турбуленцією, сили Каріоліса, яка викликана обертовим рухом Землі.
Дотримання геометричної подібності означає, що модель повинна бути подібною на свій прототип. Тобто, всі характерні лінійні виміри моделі повинні бути в однакову кількість разів більшими або меншими від існуючого тіла. Крім того, велике значення відіграє моделювання шорсткості моделі.
Кінематична подібність означає, що поля швидкості в розглядув
- Київ+380960830922