Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [ 17 ] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

навесов с пологими крышами лобовое сопротивление может быть малым, но распределение давления по крыше неблагоприятно (рис. 3.18), в результате чего они срываются ветром. Причина опрокидывания мостов со сплошным настилом проезжей части кроется отчасти в пренебрежении подъемной силой.

При спокойном рельефе местности конструкции рассчитывают при направлении ветра под углом к горизонту не менее ±10°.

Рис. 3.19. Коэффициенты по.чного сопротивления пластинок различного удлинения

; Х = 1; 2-X =0,33: 3-i-3

Рис. 3.21. Коэффициенты лобового сопротивления параллелепипеда бесконечной длины

&/А...0,1 1 6

(; ...1,95 2,03

Рис. 3.20. Давление по пластинке ребром на плоскости {р - среднее давление)

При исследовании на моделях угол атаки расширяют до ±20°. В сильнопересеченной местности или в горных районах ветер может отклоняться от горизонтального на ±20° и более. В городах возможны углы атаки еще больше и даже противоположное основному местное направление потока.

Ветровая нагрузка на прямоугольную пластинку зависит от расположения ее по отношению к скорости потока: длинной стороной по потоку или поперек его.

На рис. 3.19 приведены графики относительного коэффициента полного сопротивления пластинок с удлинением 0,33; 1 и 3 в зависимости от угла атаки. Как видно, коэффициент полного сопротивления квадратной пластинки при угле атаки около 38° в 1,46 раза больше коэффициента лобового сопротивления пластинки при угле атаки 90°. По другим данным (Геттинген), он больше в 1,6 раза. Далее, с ростом угла атаки ее сопротивление резко падает. Изменение направления ветра в окрестности угла

Я = 1,..; Я= оо...;

: 0,38; = 0,6;

Рр = 0.72; р; = 0.6;

•а = 38° приводит к дополнительному - динамическому - воздействию, например на поддерживающую плоский щит конструкцию вследствие срывов потока. Это явление аналогично срывно-му флаттеру крыла самолета.

Для определения аэродинамических коэффициентов модель подвешивают к весам, т. е. располагают ее изолированно от стенок трубы. При установке тонкой пластинки ребром на плиту или дно трубы характер ее обтекания по сравнению с изолированной существенно изменяется в тыльной (подветренной) стороне. Давление на лицевую сторону пластинки изменяется мало (рис. 3.20). Коэффициент лобового сопротивления такой бесконечной длинной пластинки равен всего 1,2 вместо 1,98-2,12 той .же пластинки, но изолированной. Коэффициент лобового сопротивления установленной ребром квадратной пластинки, как следует из физических представлений, изменяется мало, по опытам, он равен 1,1 вместо 1,2 у изолированной пластинки.

Распределение давления по высоте тела зависит от профиля скорости потока вблизи тела. К верхнему краю пластинки давление снижается вследствие увеличения скорости потока, обтекающего ее верхний край. Если пластинка конечной длины, то у ее боковых краев будет аналогичное явление, в результате чего давление в верхней части еще более снизится. У самого края передней стороны пластинки будет разрежение, величина которого будет тем больше, чем она длиннее. У края длинной пластинки давление от разрежения в 1,38 раза больше скоростного напора. Это весьма важное обстоятельство учитывают при проектировании .•зданий с тонкостенными ограждающими элементами, повышая расчетную нагрузку у краев зданий или навесов.

С утолщением пластинки, когда она перерастает в бесконечно длинный параллелепипед, характер обтекания изменяется, коэф-

Рис. 3.22. Коэффициент лобового сопротивления параллелепипеда в зависимости от размеров и положения в потоке (При) для hfb>l шкала t/b; для hfb<l шкала tlh

фициент ее лобового сопротивления падает тем сильнее, чем больше его размеры (толщина) в направлении потока (рис. 3.21).

Для суждения о лобовом сопротивлении сложной по форме сплошностенчатой конструкции можно воспользоваться коэффициентами лобового сопротивления параллелепипеда, стоящего на плоскости (рис. 3.22). Этот рисунок позволяет оценить ветровую нагрузку при различном отношении размеров тела и учесть его положение относительно направления потока.

Аэродинамические коэффициенты бесконечно длинных тел - цилиндров различного неизменного по длине сечения, характерных острыми краями и плоскими гранями, приведены в табл. 3.1. Коэффициент лобового сопротивления многих стержней мало зависит от формы поперечного сечения и близок к коэффициенту сопротивления плоской пластинки. У несимметричных профилей появляется подъемная сила, которая, суммируясь с лобовым сопротивлением, увеличивает нагрузку на тело. Например, у тела в виде равнобокового уголка коэффициент Сд = = 2,76 (отнесен к ширине полки).

Сходство картины обтекания тел различных профилей с острыми краями с обтеканием плоской пластинки позволяет принять одну и ту же закономерность снижения коэффициента лобового сопротивления в зависимости от удлинения тела (см. рис. 3.4).

В расчете решетчатых конструкций величина коэффициента лобового сопротивления для всех видов профилей, за исключением круглого, принимается 1,4 (по СНиП), за рубежом этот коэффициент - 1,6 и более.

Отрицательное давление на поверхность тела в зоне разрежения чаще больше положительного (избыточного) давления у его передней критической точки. Это наблюдается у краев сплошно-стенчатых конструкций или зданий. Например, высотное здание разрушилось при урагане, потому что действительное распределение ветровой нагрузки по поверхности (стене) не отвечало принятому в проекте, хотя в момент аварии среднее значение ее было меньше расчетного. В нормах обычно указывается ветровая нагрузка в виде осредненной по площади, в то время как в большинстве случаев распределение нагрузки сложнее хотя бы из-за другого профиля скорости по высоте (рис. 3.23).

Для тонкостенных конструкций, большепролетных перекрытий, особенно с легкими ограждающими элементами, знание действительного распределения давления по поверхности обязательно. В конструкциях покрытий с несущими канатами, т. е. в конструкциях с односторонними связями, это особенно важно, так как в некоторых местах нагрузка окажется противоположного направления по сравнению с принятым в расчете.

Распределение давления по поверхности круглого цилиндра зависит от числа Рейнольдса (см. рис. 3.12), а при небольшом удлинении -и от его величины; чем меньше удлинение цилинд-