6814

19

При z=L/2 пространственная задача (31) трансформируется в плоскую (рис.8)

Рис. 8. Схема двумерной расчетной области

Систему разностных уравнений можно представить в виде

Граничные условия можно привести к виду

Здесь Ai, Вi, Сi ,Fi, ao, b0, aN, bN - известные величины.

Решение системы конечно-разностных уравнений можно представить сле­ дующим образом:

где аi и βi - прогоночные коэффициенты, определяемые по рекуррентным соотношениям:

В третьей главе представлены экспериментальные исследования, которые состоят из следующих этапов:

1.Определение аэродинамических характеристик сооружений.

2.Определение скоростных полей вблизи внутренних поверхностей наруж­ ных ограждающих конструкций.

3.Определение температурных полей на внутренних поверхностях ограж­ дающих конструкций.

4.Определение температурных полей в толще элементов конструкций за­ глубленных и незаглубленных частей храма.

Эксперименты проведены на основе теории планирования.

Для экспериментов использовалась аэродинамическая труба КБ им. А.Н. Крылова с диаметром сопла 1771 мм. Положение моделей в рабочей части изменя­ лось при помощи координатника с шагом 45°. Значения статических давлений фик­ сировались при помощи блочного манометра Шаг варьирования скорости воздуш­ ного потока составлял 5 м/с с верхним пределом 30 м/с. Аэродинамические коэф­

фициенты сv определялись в точках, соответствующих фрамугам в натурных объек­ тах.

Поле скоростей воздушного потока вблизи внутренних поверхностей наруж­ ных ограждений, определяемое при помощи термоанемометра ТП-45, позволяет судить о скорости пристенного воздушного течения на различных уровнях по вы­ соте, о взаимодействии нагретых и охлаждённых воздушных потоков, о толщине пограничного слоя по высоте ограждений.

Критерий Рейнольдса при проведении экспериментов изменялся в пределах от 1,667-105 до 1,531-Ю6. При обтекании храмов срыв струй происходит на острых кромках и в указанных пределах изменения критерия Рейнольдса, не зависит от скорости воздушного потока.

Для сравнения результатов эксперимента при измерении в исследуемых точ­ ках моделей избыточных (ризб) и абсолютных (р) аэродинамических давлений для модели собора св. А. Невского приведены спектры давлений и диаграммы измене­ ния аэродинамических коэффициентов cv при западном направлении ветра: для первого случая - рис. 9а и 96; для второго - рис. 9в и 9г.

Рис. 9. Спектры давлений и диаграммы изменения аэродинамических коэффициентов для собора св. А. Невского при западном направлении ветра при услови - для нижнего ряда фрамуг - для верхнего ряда фрамуг)

Критерий Грасгофа при проведении экспериментов изменялся вдоль верти­ кальной поверхности в пределах от 1,230-104 до 3,522-1012, что указывает на изуче­ ние пристенного воздушного течения при ламинарном, переходном и турбулент­ ном режимах. На основании полученных в результате эксперимента данных по­ строены графические зависимости для температур поверхностей и максимальных скоростей воздуха вблизи поверхностей (рис.10-13).

Результаты сравнительного анализа экспериментальных данных с результа­ тами подобных исследований Спэрроу и Фагхри, Кисинами и Сэки, Хардвика и Ле­ ­­ представлены на рис. 14, 15.

С целью наглядности представления сравнения результатов теоретических и экспериментальных исследований по величинам скоростей вблизи изотермической нагретой пластины со значениями, полученными в результате расчёта по зависимо­ стям, предложенным Эккертом и Дрейком, построена диаграмма, представленная на рис. 16.

Рис. 16. Изменение максимальных скоростей потока

Для получения экспериментальных данных теплового режима оконного от­ коса и внутренней поверхности остекления оконного проема была разработана опытная установка. Методика измерений и количество проведенных опытов опре­ делялись с учетом теории планирования эксперимента.

Расположение точек измерения температур по толще стены вблизи оконного проема представлено на рис. 17.

Рис. 17. Расположение точек измерения температур по толще стены: 1 - наружная стена; 2 - оконный переплет

Стена имеет толщинуδ0=1,1 м (4 кирпича и штукатурка) и состоит из глиня­ ного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе, штукатурка толщи­ ной 0,01 м выполнена с наружной и внутренней сторон.

25

Замеры проводились при следующих размерах 5: 5=0,05; 0,12; 0,24; 0,36; 0,48; 0,60; 0,72 м. Температура внутреннего воздуха tB=14, 16 °С; температура на­ ружного воздуха tH=-8, -12, -15, -20, -24 °С. В качестве материалов термопар исполь­ зовались хромель-копелевые проводники. Измерение термо-ЭДС производилось вольтметром постоянного тока В2-36.

Для контроля значения температур в отдельных случаях измерялась темпера­ тура на поверхностях с помощью термометра цифрового малогабаритного контакт­ ного действия ТЦМ 9210М1-03П с термопреобразователем ТТЦ08-300.

Измерение температур внутренней поверхности остекления горячим спаем термопары проводилось параллельно на двух рамах с высотой остекления 1,2 м ка­ ждая, с шагом по высоте, равным 0,1 м.

Измерения проводились при tB=16,18 °С; tH—5, -10, -15 °С;δОК=0,08; 0,14; 0,16; 0,20; 0,24; 0,28; 0,32 м. Контроль значения температур также проводился термомет­ ром ТЦМ 92ЮМ1-03П с термопреобразователем ТТЦ08-300.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований теплового режима оконного откоса позволили сравнить теоретические и экспериментальные значения температур, а также рассчитать возможные зоны конденсации на внут­ ренних поверхностях стены и откоса. Эти данные представлены в виде номограмм, которые приведены в диссертации (рис. 18-19).

На рис. 20 показана зависимость отношения теплопотерь от величины координаты y1 с характерным минимумом кривой 1, полученной расчетом по мето­ дике авторов, в области y1=0,2/0,3. На кривой 2, полученной в результате расчета по методике К.Ф.Фокина, минимум отношения Од/Qo лежит в пределах у1=0,25/0,35. Согласно данным Е.В .Петрова при толщине стены 5=0,64 м и толщи­ не блока остекления s=0,12 м оптимальным считается расстояние y1=0,42.

Рис. 20. Зависимость отношения теплопотерь Qд/Q0 от поперечной координаты у,: 1 - расчет по методике авторов; 2 - расчет по методике К.Ф.Фокина

Применив данные, полученные автором, К.Ф.Фокиным и К.П. Копыловым для расчета дополнительных теплопотерь через оконные откосы, можно дать срав­ нительный анализ теплопотерь через них при различных положениях оконного пе­ реплета и температурах наружного и внутреннего воздуха.

27

Увеличение коэффициента теплопередачи окна в результате дополнительных теплопотерь через откосы и стену вблизи проема будет равно

Полный коэффициент теплопередачи окна будет равен

где К/ ок - коэффициент теплопередачи оконного заполнения без учета теплопотерь через откосы проема,

Если в формуле (42) обозначить

(42)

то выражение (42) перепишется в виде

(43)

Разработанная программа расчета дополнительных теплопотерь позволяет определить величину qотк в зависимости от толщины стены, относительного поло­ жения в ней оконного переплета и температур наружного и внутреннего воздуха.

Зная величину , можно (при известных периметре рок и площади F0K оконного проема) определить величину дополнительного коэффициента тепло­ передачи К. Значения qотк представлены в виде номограмм, которые разработаны и приведены в диссертации. В качестве примера на рис.21 приведена одна из них.

28

В диссертации приведены графики зависимостей Rвп и Rок, от толщины воз­ душной прослойки δ0к при различных температурах внутреннего (tB) и наружного (tн) воздуха. Эти графические зависимости получены на основе расчета численными методами и в результате измерения температурного поля на внутренней поверхно­ сти остекления.

Пример зависимости Rок от толщины воздушной прослойки δок при tв=16 °C и различных tн в результате расчета на ЭВМ и по результатам экспериментов приве­ ден на рис. 22.

В четвёртой главе приведены основные положения для создания и поддер­ жания требуемых параметров микроклимата в храмах инженерными системами, инженерная методика расчёта требуемого воздухообмена в помещениях право­ славных храмов, представлены зависимости для определения температурных и скоростных полей.

Под влиянием тепловых избытков и ветровых нагрузок в здании храма избы­ точное давление в плоскостях центров фрамуг будет больше на величину произве­ дения высоты центра фрамуг над полом и ускорения силы тяжести на разность плотностей наружного воздуха и воздуха внутри храма.

На основании сопоставления результатов теоретических и эксперименталь­ ных исследований процессов тепло- и массообмена на поверхностях, расположен­ ных выше нагреваемых или охлаждаемых поверхностей, зависимость температуры аппроксимируется следующей степенной функцией