2298

BUILDING STRUCTURES, BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

фрагментов панелей (рис. 4). Исследование этого узла так же, как и исследование покрытия, осуществлялось в два этапа. На первом этапе сжимающие усилия передавались с одного фрагмента узла на другой посредством лобового упора. На втором этапе углы фрагментов были отпилены, и центральная часть узла была заполнена полимерцементным раствором (рис. 5). Растянутый узел отличался от сжатого большей длиной двух ребер, к которым прикреплялись грузовые подвески.

Деформации узлов измерялись с помощью двух индикаторов часового типа. Нагружение узлов осуществлялось с помощью рычажных устройств. Испытания купола и узлов проводились при одинаковом временном режиме. Показания приборов за время одной ступени нагружения снимались дважды: сразу после приложения очередной порции нагрузки и непосредственно перед следующей порцией. На рис. 6 представлены графики деформаций узлов в зависимости от нагрузки.

Сжатый узел при первом и втором вариантах исполнения характеризуется почти линейными зависимостями деформаций от нагрузки в стадии нагружения. Деформативность узла с центральной вставкой из полимерцементного раствора оказалась значительно меньше деформативности узла с лобовым упором.

Зависимость деформаций от нагрузки для растянутого узла имеет явно нелинейный характер, а величина деформации растяжения более чем в 2 раза превысила величину деформаций сжатия. Это объясняется тем, что передача растягивающих усилий с одного фрагмента узла на другой осуществлялась поперек волокон древесины через шайбы, имеющие сравнительно небольшие площади. На первых двух этапах нагружения растянутого узла наблюдался быстрый рост деформаций. На последующих этапах рост деформаций замедлялся, что, очевидно, вызвано самоупрочнением древесины в зоне контакта с шайбами.

Расчет экспериментального купольного покрытия выполнялся шаговым методом. На нулевом шаге расчет производился в линейной постановке без учета деформации узлов на нагрузку, соответствующую одному этапу нагружения. Для каждого стержня длиной l в зависимости от полученного усилия определялись абсолютная деформация древесины δЕ при Е=11700МПа, абсолютная деформация узла δУ в соответствии с рис. 6 и комплексный эквивалентный модуль деформации

На первом шаге расчета купола жесткости стержней были определены с учетом полученных эквивалентных модулей деформаций. На втором и последующих шагах расчета жесткости стержней корректировались в зависимости от текущих значений

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

деформаций узлов. На рис. 7 показаны графики прогибов первого узла купола в зависимости от величины нагрузки, в таблице приведены экспериментальные и теоретические значения усилий в стержнях.

Рис. 6. Деформации узлов в зависимости от нагрузки:

1 – сжатие (узел с лобовым упором; стадия нагружения); 2 – сжатие (узел с лобовым упором; стадия разгрузки); 3 – растяжение (узел с лобовым упором; стадия нагружения);

4 – растяжение (узел с лобовым упором; стадия разгрузки); 5 – сжатие (узел с вставкой из ПЦР; стадия нагружения); 6 – сжатие (узел с вставкой из ПЦР; стадия разгрузки)

Рис. 7. Прогибы узла 1 в зависимости от нагрузки:

1 – сжатие (узел с лобовым упором; стадия нагружения); 2 – сжатие (узел с лобовым упором; стадия разгрузки); 3 – растяжение (узел с лобовым упором; стадия нагружения);

4 – растяжение (узел с лобовым упором; стадия разгрузки); 5 – сжатие (узел с вставкой из ПЦР; стадия нагружения); 6 – сжатие (узел с вставкой из ПЦР; стадия разгрузки)

BUILDING STRUCTURES, BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

Значения усилий в стержнях купола

В результате исследования купола и его узлов установлено, что конструкция узлов оказывает существенное влияние на напряженно-деформированное состояние покрытия. При узлах с лобовым упором вертикальные перемещения узлов в несколько раз превышают теоретические значения, вычисленные по линейному расчету без учета деформаций узлов.

Учет деформаций узлов позволяет значительно сократить расхождение между теоретическими и экспериментальными данными, однако и в этом случае прогибы покрытия оказались на 26 % больше расчетных. Это расхождение вызвано, очевидно, тем обстоятельством, что в куполе практически невозможно обеспечить идеального сопряжения панелей, поэтому деформации узлов в покрытии будут выше деформации отдельно изготовленного узла.

Испытания узла и купола с вставками из полимерцементного раствора показали, что жесткость узла и всего покрытия значительно возрастают, причем расхождение между расчетными и экспериментальными прогибами не превышает 22 %. Это указывает на то, что при таком конструктивном решении узла влияние точности изготовления элементов на напряженно-деформированное состояние купола снижается.

Учет деформаций узлов приводит к незначительному перераспределению усилий в стержнях приопорной зоны. Так, изменение усилий в стержнях 10-23 и 22-23 не превышает 4 %.

Выводы

1.В результате экспериментального исследования узлов различных видов получены зависимости деформации узлов от нагрузки. Для сжатых узлов зависимости имеют линейный характер, для растянутого узла на первых трех этапах нагружения зависимость нелинейна.

2.Деформации узлов значительно увеличивают прогибы купольного покрытия и приводят к небольшому перераспределению усилий в приопорной зоне.

3.Предложенная конструкция узла с центральной вставкой из полимерцементного раствора значительно увеличивает жесткость покрытия и существенно снижает трудоемкость изготовления панелей за счет более простой конструкции узла.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

Список литературы

1.Миряев, Б.В. Обзор печатных статей и сайтов по малопролетным купольным покрытиям / Б.В. Миряев, А.Б. Миряева // Безопасность и эффективность строительных конструкций: сб. ст. междунар. науч.-техн. конф. – Пенза: ПГУАС, 2015. –

С. 96–98.

2.Караулова, Т.С. Жизнь под куполом / Т.С. Караулова // Новый дом. – 2012. –

№1. – С. 102–107.

3.Миряев, Б.В. Экспериментальное исследование модели полусферического сетчатого купола / Б.В. Миряев, С.А. Толушов, Д.С. Сюзюмов // Изв. вузов.

Строительство. – 2016. – №9. – С. 103–111.

References

1.Miryaev, B.V. Review of published articles and web sites on the topic of minor-span domical surfaces / B.V. Miryaev, A.B. Miryaeva // Safety and efficiency of building constructions: digest of articles of the international scientific-technical conference. – Penza: PGUAS, 2015. – P. 96–98.

2.Karaulova, T.S. Life under the dome / T.S. Karaulova // New house. – 2012. – №1. – P. 102–107.

3.Miryaev, B.V. Experimental research of model of hemispherical mesh dome / B.V. Miryaev, S.A. Tolyshov, D.S. Syuzyumov // News of Higher Educational Institutions. Construction. – 2016. – №9. – Р. 103–111.

ENGINEERING SYSTEMS

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

ENGINEERING SYSTEMS

МЕТОДИКА АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ

С ОППОЗИТНЫМИ ЩЕЛЕВИДНЫМИ НАСАДКАМИ

А.И. Ер¸мкин, И.Н. Фильчакина, А.Г. Аверкин, Ю.В. Родионов

Предложена инженерная методика аэродинамического расчета для новой конструкции воздухораспределителя равномерной подачи приточного воздуха с оппозитными щелевидными насадками. Достигнуты требуемая степень затухания и равномерная скорость приточной струи по всей длине конструкции на выходе в обслуживаемую зону помещения.

Ключевые слова: методика аэродинамического расчета, воздухораспределитель, гашение приточной струи воздуха, кондиционирование предприятий текстильной промышленности

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

METHOD OF AERODYNAMIC CALCULATIONS OF AIR DISTRIBUTOR WITH OPPOSITE SANDWICH VESSELS

A.I. Eremkin, I.N. Filchakina, A.G. Averkin, Y.V. Rodionov

An engineering method of for aerodynamic calculation for a new design of an air distributor for uniform supply of fresh air with opposing slit-shaped nozzles is proposed. The design solves the problem of obtaining the high degree of attenuation and uniform velocity of the supply jet over its entire length at the outlet to the served area of the room.

Keywords: method of aerodynamic calculation, air distributor, damping of air stream supply, textile industry enterprises conditioning

Введение

Разработкой воздухораспределителей для предприятий текстильной промышленности занимались многие исследователи в области технологического кондиционирования воздуха. Проведен анализ [1] существующих конструкций воздухораспределительных устройств, который позволил выявить ряд присущих им недостатков, а именно: значительные габариты; недостаточная степень затухания скорости приточной струи на выходе; невозможность поддержания равномерности требуемых параметров микроклимата (t, v, φ) в обслуживаемой зоне помещения; невозможность подачи больших объемов приточного воздуха с малыми скоростями в технологическое оборудование и рабочую зону и др.

Существующие недостатки конструкций воздухораспределителей свидетельствуют об их низкой эффективности, что является предпосылкой разработки новой конструкции воздухораспределителя для предприятий текстильной промышленности.

Одним из путей решения проблемы повышения эффективности систем технологического кондиционирования воздуха текстильных предприятий является создание устройства для подачи приточного воздуха струями с быстрозатухающими скоростями в нижнюю зону помещения, непосредственно в технологическое оборудование (в зону переработки текстильных волокон) [1]. С этой целью разработан воздухораспределитель с использованием эффекта соударения встречных струй [2].

Теоретический анализ

Конструктивные размеры воздухораспределителя зависят от места его установки в технологическом оборудовании, объема подаваемого воздуха, скорости приточных струй. Для создания требуемых параметров искусственного микроклимата (температуры t, ºС; подвижности v, м/с; относительной влажности воздуха , %) в технологической и рабочей зонах воздухораспределитель должен обеспечивать равномерную раздачу приточного воздуха по всей его длине. Это достигается известными техническими приемами, а именно применением постоянного поперечного сечения с переменной по длине воздухораспределителя шириной щели в стенке или переменного сечения с одинаковой по длине щелью для выхода воздуха [2].

Применительно к решению задачи распределения приточного воздуха, поступающего в технологическое оборудование при помощи разработанной конструкции воздухораспределителя [2], предлагается использовать воздухораспределитель постоянного статического давления с равномерной раздачей воздуха переменного поперечного сечения и с постоянными по длине размерами щелей l0, b0, a2 [1] (рис. 1).

Расположение воздуховыпускных щелевидных устройств может осуществляться в зависимости от области применения воздухораспределителя в одной или нескольких его стенках.

Учитывая однотипность размеров и конструктивных решений щелевидных устройств, а также характер истечения потока воздуха из них, в дальнейшем будем рассматривать щель для выхода воздуха в одной из стенок.

Распределение давлений Рст, Рд, Рп и направлений скоростей vст, vд, vп в разработанном воздухораспределителе представлено также на рис. 1.

При обосновании математической модели авторы использовали классическую теорию расчета воздухораспределителей с постоянным по длине статическим давлением (К.К. Баулина, Н.С. Сорокина, В.Н. Талиева и др.).

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

Расход воздуха L0, м3/с,

Из уравнения (2) следует, что общая площадь fщ(2), м2, двух щелевидных отверстий составит:

По мере продвижения воздуха по воздухораспределителю приточная струя на выходе ближе к его концу будет иметь более широкий угол раскрытия , а скорость истечения потока vп через щель, наоборот, будет уменьшаться по длине воздухораспределителя, что связано с падением динамического давления. В самом конце воздухораспределителя, когда расход воздуха в направлении оси отсутствует, величина Pд будет равна или близка нулю, угол = 90 , и тогда vп ≈ vст.

Инженерная методика

Основываясь на изложенных теоретических исследованиях, для составления инженерной методики расчета рассмотрим схему предлагаемого воздухораспределителя постоянного статического давления с односторонней раздачей через две продольные щели а2 (рис. 2). При этом все щелевидные отверстия а2, b0, l0 для выхода воздуха имеют постоянное сечение одного размера. Статическое давление Pст по длине воздухораспределителя поддерживается постоянным за счет компенсации потерь давления на любом участке соответствующим снижением динамического давления Рд.

Дальнейшие рассуждения будут относиться к определению ширины двух продольных щелей а2, остальные размеры принимаются из условия а2 = а1 = b0.

Задавшись средней скоростью истечения потока воздуха vщ(2) через две щели ши-

риной 2·а2 = ащ(2) и длиной l, определяем их площадь fщ(2) = f1+ f2, ширину ащ(2), начальный эквивалентный диаметр dн и высоту воздухораспределителя b.

Тогда общая площадь двух щелей составит:

Поскольку воздухораспределитель постоянного статического давления, общая ширина обеих щелей будет одинаковой по всей его длине l и составит:

где L0 – секундный расход воздуха, м3/с.

ENGINEERING SYSTEMS

Рис. 2. Схема воздухораспределителя постоянного статического давления с продольными щелями и переменным сечением (а2, b0, l0 = const)

Далее определяем ширину каждой щели а2 = ащ(2)/2, после чего приступаем к конструированию ширины а воздухораспределителя [1], учитывая, что а1 = b0 = а2.

Размер ширины продольной щели l0 в стенке воздухораспределителя рассчитываем из соотношения ln l0 b0 15 . Исходя из изложенного, находим начальную ширину

воздухораспределителя:

Далее расчет сводится к определению высоты воздухораспределителя в начале каждого участка по его длине при условии, что его некоторые размеры (а, а0, а1, а2, b0, l0 ) остаются постоянными ( а0 l0 2а1 ).

Начальный эквивалентный размер воздухораспределителя равен:

где vн – скорость воздуха в начале воздухораспределителя, м/с. Соответственно начальная высота bн воздухораспределителя, м,

Требуемое статическое давление Рст, Па,

При делении воздухораспределителя на n равных участков, каждый из которых длиной lуч n lm, конечные сечения участков заранее неизвестны, поэтому скорость

vуч n , динамическое давление Рдv n и потери давления Rуд n lуч n предлагается опреде-

лять не по средним, а по начальным сечениям участков, при этом погрешность не скажется на полученных результатах.

Удельные потери давления на трение для каждого участка воздухораспределителя Rуд определяются из выражения

где n – коэффициент сопротивления трения, рассчитывается по формуле Альтшуля

Скорость воздуха на каждом участке n, м/с, воздухораспределителя

где m – количество делений воздухораспределителя на участки; n – порядковый номер участка.

Расход воздуха в конце каждого участка n, м3/с, воздухораспределителя составит: