Расчет распределения температуры по объему внутри помещения горнолыжного спуска «Снежком» и внутри внешней оболочки конструкции в середине июля месяца в г. Москве

 

1. Технические характеристики объекта
Общий вид Всесезонного горнолыжного комплекса «Снежком» и его конструктивная схема представлены на рис. 1-3.

 

 

Рис. 1

 

Рис. 2

 

Рис. 3

 

Основные характеристики объекта: длина – 363 м, ширина – 60 м, высота – 12 м, перепад высот составляет ? 67 м.
Внешнее покрытие выполнено из металлических листов. Прямоугольный контур трассы выполнен из теплоизоляционных панелей типа «сэндвич». Помещения между листовым внешним покрытием и ограждающими конструкциями контура не отапливаются.
Для ограждающих конструкций холодильной камеры приняты теплоизоляционные панели типа «сэндвич панели». Потолочные «сэндвич панели» рассчитаны на восприятие нагрузок от собственного веса панелей и ветровых нагрузок в период монтажа.

 

 

2. Предмет, цель и методика экспертных расчетов

Целью проведения экспертных расчетов являлось получение полей распределения температуры по объему внутри помещения горнолыжного спуска «Снежком» (внутренний контур) и внутри внешней оболочки конструкции (наружный контур) в середине июля месяца в г. Москве.
Была поставлена задача создания твердотельной модели горнолыжного склона, конечно-объемной сеточной модели и проведения предварительных расчетов с целью получения полей давлений, температур, скоростей.
Твердотельная модель расчетной области горнолыжного склона, включающая в себя внутренний контур прямоугольного профиля и внешний контур (листовая крыша эллипсообразного профиля с боковинами) без учета наличия сквозных проемов между ними, а также укрепляющих балок между крышей и потолком внутреннего контура строилась в среде пакета SolidWorks 2007. Построение внутреннего и внешнего контуров производилось независимо друг от друга. Твердотельная модель расчетной области внутреннего контура создавалась вытягиванием построенного поперечного сечения в трех направлениях (два пологих участка в начале и в конце спуска и сам спуск) (рис. 4).

 

 

Рис. 4. Твердотельная модель расчетной области внутреннего контура

 

Создание твердотельной модели расчетной области внешнего контура было разбито на два этапа. На первом этапе аналогично модели внутреннего контура строилась «полностью залитая» твердотельная модель внешнего контура. На втором этапе путем выреза одной модели из другой был получен необходимый торцевой профиль внешнего контура (рис. 5).

 

 

Рис. 5. Твердотельная модель расчетной области внешнего контура

 

В рамках создания конечно-объемной сеточной модели было реализовано несколько ее вариантов. Сеточная модель расчетной области строилась в среде пакета Star-CCM+. Для проведения тестовых расчетов строились модели с призматическим пристеночным слоем и без него. Исходя из располагаемых машинных ресурсов Заказчика, упрощенной модели и определения расчетов как предварительных, создание многомиллионной сеточной модели горнолыжного склона оказалось нецелесообразным. Размер необходимой сеточной модели всей расчетной области был оценен в диапазоне 1 - 2 млн. ячеек. Для ее реализации была незначительно увеличена площадь зоны стыка внутреннего и внешнего контуров.
В итоге размер конечно-объемной сеточной модели расчетной области внутреннего контура с призматическим пристеночным слоем составил 400 000 ячеек, без призматического пристеночного слоя – 200 000, а размер конечно-объемной сеточной модели расчетной области внешнего контура с призматическим пристеночным слоем составил 2 200 000 ячеек, без призматического пристеночного слоя – 800 000 ячеек.
Создание расчетной модели заключалось в задании параметров физической среды, а также граничных условий на стенках контуров. Расчеты проводились для ламинарного и турбулентного режимов течения с учетом гравитации. В качестве среды был взят идеальный газ с переменной плотностью. Температура на стенках внутреннего и внешнего контуров задавалась по данным Заказчика (Таблица 1).

 


Таблица 1

Температура внешнего листового покрытия (крыша)

+52°С

Температура стен ограждающих конструкций со стороны наружного контура спуска

+32°С

Температура стен и потолка внутри прямоугольного контура трассы

-3°С

Температура снежного покрытия пола трассы

-7°С

 

 

3. Результаты расчетов
Расчеты выполнены учетом тепломассопереноса воздуха за счет разности температур и барометрических давлений по высоте спуска в предположениях, что все выше перечисленные температуры на границах (Таблица 1) не меняются по длине трассы и по высоте.
Внутренний контур трассы и внешний контур под крышей считаются замкнутыми и между собой не сообщаются, естественная вентиляция от проникновения воздуха с улицы не учитывается. Все стены конструкции контуров спуска моделируются как «бесконечно-тонкие». Задача решается в стационарной постановке. Стены ограждающих перекрытий между наружным контуром и внутренним контуром трассы считаются нетеплопроводными. Конструктивные балки и крепления, установленные в наружном контуре в расчетах не моделируются. В результате расчетов получаем установившуюся картину тепловой конвекции - температурных полей, полей давления и скорости в различных сечениях по высоте и по объему внутреннего и внешнего контуров спуска. Результаты расчетов для указанной постановки задачи показаны на рис. 6-7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6. Расчетные поля давления, скорости и температуры соответственно в продольном и поперечных сечениях наружного контура горнолыжного спуска.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7. Расчетные поля давления, скорости и температуры соответственно в продольном и поперечных сечениях внутреннего контура горнолыжного спуска.

 

Из расчетов видно, что давление и температура воздуха меняются по высоте и длине горнолыжного спуска и практически не меняются по его ширине. Из рисунков также видна картина тепловой конвекции (в линиях тока).
Кроме того, по результатам расчета для обоих режимов течения были построены графические зависимости изменения барометрического давления на стенах и потолке по длине спуска для внешнего и внутреннего контуров, а также разница барометрического давления между двумя контурами в соответствующих друг другу сечениях (рис. 8.1 - 8.7).

 

 

 

 

 

 

Рис. 8.1 Распределение давлений на потолке внутреннего контура (срединное сечение) по длине склона для моделирования ламинарного и турбулентного режимов течения

 

 

 

 

 

Рис. 8.2 Распределение давлений на стенке внутреннего контура (срединное сечение) по длине склона для моделирования ламинарного и турбулентного режимов течения


 

 

 

Рис. 8.3 Распределение давлений на потолке внешнего контура (срединное сечение) по длине склона для моделирования ламинарного и турбулентного режимов течения

 

 

 

 

 

Рис. 8.4 Распределение давлений на стенке внешнего контура (срединное сечение) по длине склона для моделирования ламинарного и турбулентного режимов течения

 

 

 

 

Рис. 8.5 Распределение разницы барометрического давления между потолками внешнего и внутреннего контуров (срединное сечение) по длине склона для моделирования ламинарного и турбулентного режимов течения

 

 

 

 

 

Рис. 8.6. Распределение разницы барометрического давления между стенками внешнего и внутреннего контуров (срединное сечение) по длине склона для моделирования ламинарного и турбулентного режимов течения

 

 

 

 

 

Рис. 8.7 Распределение разницы барометрического давления между стенками внешнего и внутреннего контуров (2 метра от пола) по длине склона для моделирования ламинарного и турбулентного режимов течения


Из приведенных расчетов следует, что наиболее существенным полученным результатом является выявленный достаточно большой перепад барометрических давлений (100 -235 Па) по обе стороны ограждающих конструкций, что в значительной мере должно интенсифицировать процессы переноса и конденсации водяных паров в стыках ограждающих панелей между внешним и внутренним контурами сооружения горнолыжного спуска.

 

Москва 2009

 

 

Публикация согласована с заказчиком.