Расчет гравитационного давления в стояке системы отопления и естественной тяги в вентиляционной шахте
(3 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка…
Например для системы водяного отопления, гравитационное давление ΔРгр определяется при расчетных параметрах теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах (tг и tо) по формуле:
ΔРгр = h · g · (ρо-ρг), (Па)
где h — высота расположения середины отопительных приборов самой верхней квартиры над вводом теплоносителя в систему отопления или над центром водоподогревателя, обслуживающего данную зону системы, м;
g — ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2;
ρо, ρг — плотность воды в обратном и подающем трубопроводах системы отопления при соответствующих расчетных температурах, кг/м3;
Данная формула относится и к определению гравитационного (естественного) давления воздушной среды.
Для примера, гравитационное давление на 1 м высоты системы отопления при различных параметрах теплоносителя:
| tг/tо, °С | 90/70 | 85/70 | 85/65 | 80/65 | 80/60 |
| ΔРгр, кПа/м | 0,122 | 0,09 | 0,117 | 0,086 | 0,112 |
Федеральным законом от 22 июля 2008 года №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» установлено, что «системы противодымной защиты» — это комплекс организационных мероприятий, объёмно-планировочных решений, инженерных систем и технических средств, направленных на предотвращение или ограничение опасности задымления зданий и сооружений при пожаре, а также воздействия опасных факторов пожара на людей и материальные ценности. Системы механического дымоудаления используют оборудование (вентиляторы, воздуховоды, клапаны и др.), которое предназначено для управления перемещением дыма путём создания необходимых перепадов давлений механическими средствами.
В настоящее время для расчёта параметров дымоудаления пользуются двумя методиками: разработкой Р НП «АВОК» 5.5.1–2015 «Расчёт параметров систем противодымной защиты жилых и общественных зданий» и разработкой Всероссийского научно-исследовательского института противопожарной обороны (ФГБУ «ВНИИПО») «Расчётное определение основных параметров противодымной вентиляции зданий. Методические рекомендации к СП 7.13130.2013».
Первая методика предлагает подбирать вентилятор механической системы дымоудаления на расчётную температуру дымовых газов, где учитывается гравитационная составляющая давления в шахте, возникающая вследствие разницы плотностей приточного воздуха и удаляемых газов. Вторая методика не даёт подробных указаний по выбору вентилятора.
Ни одна из указанных методик не учитывает, что система дымоудаления должна обеспечивать проектный расход как при расчётной температуре, так и на «холодном» воздухе, не нагретом дымовыми газами. Необходимость работы систем дымоудаления с переменными параметрами перемещаемой среды объясняется двумя факторами: первый — в начальный момент пожара температура низкая и гравитационная составляющая не будет оказывать существенного влияния; второй — при сдаче и испытании системы дымоудаления замеры производятся при температуре приточного или внутреннего («холодного») воздуха. Соответственно, и оборудование подбирается с учётом возможности перемещения как горячего, так и холодного воздуха.
При этом массовый расход дымовых газов может отличаться в разы, а объёмный принимается условно постоянным. В соответствии с ГОСТ Р 53300–2009 «Противодымная защита зданий и сооружений. Методы приёмосдаточных и периодических испытаний» контролируемым параметром является именно объёмный расход, без какой-либо корректировки на расчётные условия.
В случае реального пожара и увеличения температуры дымовых газов, при наличии вертикального канала в системе дымоудаления, появляется гравитационная составляющая перепада давлений, и она тем больше, чем значительнее высота вертикального канала. Такая система при повышении температуры увеличит свою производительность.
Проиллюстрируем это на примере. Имеется система дымоудаления из коридора общественного здания, вентилятор стоит на кровле здания.
Расход рассчитан по методике ФГБУ «ВНИИПО» и составил около 15 тыс. м³/ч. Потери давления в системе определялись методом удельных потерь давления и составили около 700 Па, подобран вентилятор КРОВ 91-ДУ производства компании «ВЕЗА», его характеристика представлена на рис. 1 (кривая 4, рабочая точка вентилятора с системой дымоудаления А).
В общем случае гравитационное давление, возникающее вследствие разности плотностей, вычисляется как
Δp = hg(ρн — ρдг), Па,
где h — расстояние по вертикали от дымоприёмного устройства до выхлопного патрубка вентилятора, м; g — ускорение свободного падения; ρн — плотность приточного воздуха (примем 1,2 кг/м³); ρдг — плотность дымовых газов, которая изменяется в зависимости от их температуры. Так, для трёхэтажного здания h = 10 м при t = 200°C гравитационное давление будет незначительным и составит 45 Па. Однако с ростом температуры и увеличением вертикальной части системы дымоудаления гравитационное давление увеличивается.
В табл. 1 показано увеличение гравитационного давления в зависимости от температуры дымовых газов и высоты рассматриваемого здания.
Как видно из данной таблицы, величина гравитационного давления может достигать больших величин, сопоставимых с аэродинамическим сопротивлением системы дымоудаления. Это не может не сказаться на производительности системы.
Для возможности оценки влияния увеличения перепада давлений в рассматриваемой сети дымоудаления вычислим характеристику сопротивления сети, затем нанесём на график характеристики вентилятора параболу характеристики сети (кривая 5 на рис. 1). Затем, отложив от характеристики сети отрезок 6, численно равный гравитационному давлению для минимального случая (45 Па), на пересечении с характеристикой вентилятора нанесём точку Б, характеризующую параметры работы сети с учётом гравитационного давления. Подобные построения проведём и для максимального случая (390 Па) — отрезок 7 и рабочая точка В, соответственно.
По шкале производительности на графике найдём диапазон изменения расходов. Так, в случае трёхэтажного здания и температуры 200°C расход увеличится с 15 тыс. до 15,4 тыс. м³/ч, то есть окажется больше на 2,6%, что несущественно в случае 15-этажного здания, но при температуре 600°C расход составит 17,3 тыс. м³/ч, то есть возрастёт на 15,3%, что уже находится за рамками допустимых норм.
Мы разобрали частный случай с конкретным вентилятором. Если подобрать для рассмотренной системы дымоудаления другие типы вентиляторов с более пологой характеристикой, например, производства компании NED, превышение составит 33%. Если отойти от конкретного случая и предположить сеть с низким аэродинамическим сопротивлением, то увеличение производительности будет ещё больше. Таким образом, неверно полагать, что влияние гравитационной составляющей при небольших высотах (до 20 м) будет незначительным, правильнее будет рассматривать соотношение потерь давления в сети и гравитационной составляющей.
Заключение
При проектировании систем дымоудаления и подборе оборудования необходимо учитывать указанную особенность и стараться избегать значительного превышения расхода. Этого можно добиться на стадии проектирования, например, снизить температуру дымовых газов, изменяя толщину дымового слоя, увеличить скорость в шахте дымоудаления, тем самым сделав характеристику сети более крутой, или подобрать вентилятор с ниспадающей характеристикой. Можно решить проблему аппаратно, применив частотное регулирование оборотов двигателя вентилятора дымоудаления.
Способ определения гравитационного давления в массиве связной материальной среды
Изобретение относится к области физики материального взаимодействия, конкретно к способу определения гравитационного (бытового) давления в массиве связной материальной среды. Величину гравитационного давления определяют по зависимости pб=(γ·h-cстр)ctgφстр, где γ — удельный вес материальной среды, h — глубина определения давления в массиве среды, cстр — структурное удельное сцепление среды, φстр — угол внутреннего трения структурированной среды в естественном залегании. Технический результат — повышение точности определения величины бытового давления. 1 ил.
Изобретение относится к физике контактного взаимодействия частиц связной материальной среды в массиве полупространства в условиях гравитационного воздействия.
Известен способ определения природного гравитационного (бытового) давления в массиве жидкой и газовой бессвязной материальной среды, заключающийся в том, что определяют глубину h замера давления от поверхности полупространства с плотностью ρ и удельным весом γ=ρ·g, где g — ускорение свободного падения материального тела в условиях гравитации, а гравитационное природное давление определяют по расчетной зависимости pб=γ·h [1].
Природное давление pб=γ·h для бессвязных материальных сред (газ, вода) при отсутствии сил трения является всесторонним под их поверхностью в условиях полупространства и нормально действующим на погружаемые в них поверхности объектов. Величина тангенциального напряжения τ и нормального давления pб на заданной глубине равны друг другу τ=pб=γh.
Известен способ определения гравитационного давления несвязной материальной среды, заключающийся в том, что определяют глубину h замера давления от поверхности полупространства с плотностью ρ и удельным весом γ=ρ·g, где g — ускорение свободного падения материального тела в условиях гравитации, принимают угол внутреннего трения идеально чистой материальной среды φ=45° при коэффициенте внутреннего трения f=tgφ=1, а удельное сцепление с≈0, рассчитывают по закону Кулона тангенциальное напряжение как τ=p·tgφ+c=p, а гравитационное давление определяют, как и тангенциальное pб=τ=γ·h [2].
Технический результат по способу определения гравитационного давления в массиве связной материальной среды, заключающемуся в том, что устанавливают от поверхности массива глубину h замера давления, на глубине h определяют тангенциальное напряжение по зависимости τ=ρ·g·h=γ·h, МПа, где ρ — плотность, кг/м3, γ — удельный вес материальной среды с учетом взвешивающей силы воды, кг/м3, g — ускорение свободного падения тела в условиях гравитации, м/с2, удельное структурное сцепление cстр, МПа, и угол φстр внутреннего трения среды, достигается тем, что нормальное гравитационное давление на глубине h массива связной материальной среды определяют расчетным путем по зависимости pб=(τ-cстр)ctgφстр=(γ·h-cстр)ctgφстр, МПа, а связную материальную среду на глубине h<cстр/γ принимают находящейся в растянутом по вертикали напряженном состоянии и уравновешенной атмосферным давлением.
Величина нормального гравитационного давления pб на глубине h от поверхности структурно-устойчивого связного материального полупространства поясняется графически на фиг. 1 через зависимость Кулона τ=pб·tgφ+cстр для предельно нагруженной грунтовой среды.
Предлагаемый способ определения гравитационного давления в необводненном массиве связной материальной среды реализуется следующим образом.
В процессе инженерных изысканий массива среды определяют глубину h (см) его исследования, с которой отбирают образцы с ненарушенной структурой. В лаборатории по образцам среды определяют ее удельный вес γ=ρ·g (кг/см3), где ρ (кг/см3) — плотность среды, g (м/с2) — ускорение свободного падения тела, и производят расчет тангенциального напряжения на глубине h (см) исследуемого массива по зависимости τ=ρ·g·h=γ·h, пригодной для связной и несвязной материальной среды. По результатам лабораторных испытаний образцов среды в сдвиговых приборах или в стабилометрах строят график зависимости τ=p·tgφстр+cстр (кг/см2) Кулона-Мора предельного состояния материальной среды и устанавливают значения ее прочностных параметров — угла φстр внутреннего трения и cстр (кт/см2) удельного сцепления при не менее трех ступенях возрастающего сжимающего давления ρ (кг/см2) (фиг. 1). По графику τ=p·tgφстр+cстр определяют значение p=pб=(τ-cстр)ctgφстр=(γ·h-cстр)ctgφстр (кг/см2), соответствующее гравитационному давлению в массиве среды на глубине исследования h.
На глубине h<cстр/γ поверхность земной коры находится в состоянии растяжения и
удерживается от отделения в космическое пространство давлением атмосферы. На глубине h=cстр/γ природное (бытовое) давление в грунтовом массиве отсутствует.
Гравитационное давление проявляется на глубине h>cстр/γ от земной поверхности.
Пример 1. Археологические раскопки сохранившихся исторических ценностей в связной грунтовой среде с удельным сцеплением cстр=0,02 МПа; удельным весом γстр=0,0019 кг/см2 следует производить с глубины h=cстр/γстр=1,05 м. Если захоронения произведены на глубине h<1,05 м, то с годами на дневную поверхность грунтовой среды могут быть вытеснены надгробные кресты, что отмечено сегодня «как чудо» верующими людьми и до сих пор не объяснено учеными.
Пример 2. Вода в чистом виде обладает поверхностным натяжением верхнего слоя — пленки σпл=P/l, определяемым силой P, приложенной к метрической единице прямолинейного участка границы поверхности воды по направлению касательной к поверхности жидкости при ее равновесии. При температуре Τ=20°C поверхностное натяжение σпл=0,0725 дж/м2 = 0,0725 Н/м ≈ 0,00739 кг/м. При ускорении свободного падения g=9,81 м/с2 и плотности чистой воды ρ=1000 кг/м3 удельный вес воды составляет γ=981 кг/м3. Удельное сцепление поверхностной пленки воды толщиной hпл и воды в целом равно cв=ρв·g·hпл=γв·hпл=τв=σпл/ hпл, где τв — тангенциальное (касательное) напряжение. Толщина пленки воды, находящейся в состоянии поверхностного растяжения, 
. При σпл=0,00739 кг/м, γв=981 кг/м3 получаем hпл=27,978·10-4 м, а удельное сцепление воды cв=τв=γв·hпл=274,642·10-6 кг/см2=27,446 Па.
Коэффициент поверхностного натяжения водной глади при заданной температуре равен α=σпл=τв·hпл=cвhпл=γвh2 пл=981 кг/м3 (27,978·10-4 м)2=76,79·10-4 кг/м =75,33·10-3 Н/м. При Т=0°C опытный коэффициент поверхностного натяжения воды равен α=σпл =75,6·10-3 Н/м [4].
Источники информации
1. Ландсберг Г.А. Элементарный учебник физики / Механика. Теплота. Молекулярная физика. — T.1, издание 8. — М.: «Наука». — С.122, 323-327.
2. Цытович Н.А. Механика грунтов / Краткий курс: Изд-е 3, доп. — М.: «Наука», 1979. — С.46-47.
3. Ландсберг Г.А. Элементарный учебник физики / Механика. Теплота. Молекулярная физика. — T.1, издание 8. — М.: «Наука». — С.509-513.
4. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике / Изд-е 5, перераб. и доп. — «Наука», 1972. — С.84.
Способ определения гравитационного давления в массиве связной материальной среды, заключающийся в том, что устанавливают от поверхности массива среды глубину h замера давления, на глубине h определяют тангенциальное напряжение τ=ρ·g·h=γ·h, МПа, где удельный вес γ=ρ·g, кг/м3, самой среды, где ρ — плотность среды, кг/м3, g — ускорение свободного падения, м/с2, удельное структурное сцепление cстр, МПа, и угол φстр внутреннего трения среды, отличающийся тем, что нормальное гравитационное давление на глубине h массива связной материальной среды определяют расчетным путем по зависимости pб=(γ·h-cстр)ctgφстр, МПа, а связную материальную среду на глубине h<сстр/γ принимают находящейся в растянутом по вертикали напряженном состоянии и уравновешенной атмосферным давлением.
Похожие патенты:
Изобретение относится к области строительства и предназначено для использования при проведении инженерно-геологических изысканий с целью расчленения грунтовой толщи в процессе вращательного бурения и определения механических свойств грунтов в полевых условиях.
Изобретение относится к строительству и может быть использовано при испытаниях сваи, свайных фундаментов, зданий и др. сооружений.
Изобретение относится к области физики материального (контактного) взаимодействия, а именно к способу определения угла φн внутреннего трения и удельного сцепления — сн материальной связной среды нарушенной структуры, воспринимающей давление свыше гравитационного.
Изобретение относится к устройству для измерения скорости и направления движения грунта относительно подземного трубопровода, расположенного в местах с возможными оползневыми явлениями.
Изобретение относится к устройству диагностики и прогноза состояния грунтовых технических систем на слабых грунтах и оползневых склонах. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности устройства при однократном воздействии вибродинамической нагрузки с сохранением высокой точности измерения.
Изобретение относится к устройствам для отбора почв с нарушенной структурой и может быть использовано при извлечении различного типа почвенно-грунтовых образцов в полевых условиях для комплексного анализа земли сельскохозяйственного назначения.
Изобретение относится к промышленному или гражданскому строительству, в частности к определению устойчивости мерзлых грунтов, и может быть использовано при строительстве нефте- и газопроводов для установления степени устойчивости грунтов к термоэрозионному размыву.
Изобретение относится к строительству, а именно к определению механических свойств грунтов в полевых условиях при проведении инженерно-геологических изысканий и обследовании грунтов в основании существующих фундаментов.
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений открытым способом.
Изобретение относится к области строительства, а именно к исследованию физико-механических характеристик грунтов динамическим зондированием. Способ динамического зондирования грунтов, при котором погружают штангу с зондом в грунт посредством периодических ударов и во время каждого удара определяют параметры воздействия грунта на датчики измерительной системы, обеспечивая усиление сигналов от датчиков, их аналого-цифровое преобразование, регистрацию и передачу данных, включая зависимость перемещения зонда от времени и зависимость изменения лобового сопротивления от времени, во внешний блок обработки данных с помощью соответствующего программного обеспечения, в результате чего определяют физико-механические характеристики грунта.
Изобретение относится к области инженерных изысканий и предназначено, в частности, для определения распределения реактивных нормальных напряжений грунтовых оснований по площади приложения нагрузки, необходимых для расчета внутренних усилий в теле фундаментов, и может быть использовано для определения деформационных характеристик грунтов. Устройство содержит нагрузочный штамп, блок приложения нагрузки, упорную систему и измерительную систему. Штамп выполнен в виде жесткой конструкции квадратной формы. Под штампом размещена упругая пластина с размерами штампа в плане, толщиной 0,05-0,1 размера сторон штампа и модулем упругости 30-50 МПа. На боковых сторонах упругой пластины нанесена координатная прямоугольная сетка. В измерительную систему введены регистратор приложенной нагрузки и регистратор осадки штампа. На штампе с боковых сторон по осям его симметрии с помощью кронштейнов жестко закреплены видеорегистраторы деформации упругой пластины с возможностью полного обзора боковых сторон упругой пластины. Технический результат: упрощение и удешевление определения распределения реактивного напряжения грунтового основания в любых произвольных точках по подошве штампа и повышение достоверности результатов при одном испытании. 2 ил.
Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» и служит для определения гравитационного (бытового) давления в массиве материальной среды определенной плотности. Способ определения гравитационного давления материальной среды в массиве и ее природной плотности, заключатся в том, что на заданной глубине h (см) массива материальной среды полевыми методами инженерных изысканий определяют угол φстр внутреннего трения и удельное сцепление cстр среды ненарушенной структуры в условиях гравитационного (бытового) давления pб. При этом величину гравитационного давления в массиве упругосвязнопластичной грунтовой среды определяют по зависимости , а плотность грунтовой среды рассчитывают как при удельном весе , где g — ускорение свободного падения тела в условиях гравитации (см/с2). Затем величину гравитационного давления в массиве упрутоэластичной анизотропной торфяной среды определяют по зависимости , а плотность торфяной среды рассчитывают как при удельном весе . Техническим результатом является возможность определения значения гравитационного (бытового) давления в массиве материальной среды по данным ее прочностных параметров φстр и cстр в ненарушенном состоянии, а также значение удельного веса γстр и плотности ρстр среды в условиях гравитационного притяжения поверхности Земли. 2 ил.
Изобретение относится к гидротехническому, мелиоративному, дорожному и другим видам строительства, где необходимо оценить качество насыпей и искусственных оснований. При реализации способа предварительно проводят статическое, динамическое или вибрационное зондирование в выбранных точках на глубину от 1 м относительно верха насыпи. Одновременно отбирают образцы уплотненного грунта ненарушенной структуры для определения влажности и плотности скелета указанного грунта из нескольких пробуренных скважин в точках на расстоянии не более 1 метра в плане от точек зондирования. На отобранных образцах грунтов из тела уплотненной насыпи проводят лабораторные исследования стандартного уплотнения с определением коэффициента уплотнения в зависимости от плотности скелета грунта. Выполняют построение корреляционной зависимости между указанными значениями коэффициента уплотнения и значениями сопротивления проникновению стандартного конуса в грунт при зондировании с учетом ранее выполненных в лаборатории определений с последующей оценкой качества уплотнения выполненной земляной насыпи. Технический результат состоит в повышении точности определения и выявлении зон недоуплотненного грунта для его последующего локального доуплотнения. 2 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к физике материального контактного взаимодействия, конкретно к способу установления предельного состояния деформируемой сжимающей и растягивающей нагрузкой материальной среды. Сущность: по данным сдвига нагруженной ступенями нормального давления pi материальной среды на глубине h тангенциальной нагрузкой τi строят график зависимости τi=ƒ(pi). График линеаризируют прямой до пересечения с осью τi и осью pi, на оси τi устанавливают величину удельного сцепления структурированной среды с=сстр, на оси pi устанавливают величину противодавления связности среды -ре= -сстр·ctgφстр и определяют угол φ=φстр внутреннего трения структурированной среды. Закон Ш. Кулона τстр=pi·tgφстр+сстр устанавливают в интервале нормального давления -(ре)≤pi≤(+рб), где рб=(γстр·h-сстр)ctgφстр — гравитационное (бытовое) давление для структурированной среды с удельным весом γстр, при давлении pi>рб. Предельное состояние материальной среды рассматривают с нарушенной структурой и описывают зависимостью τн=рн·tgφн+сн, а предельное состояние материальной среды в общем виде описывают системой уравнений. Технический результат: возможность определения границ предельного состояния материальной связной среды с нарушенной структурной прочностью и установления закономерности предельного состояния связной среды за пределами ее структурной прочности и закона Ш. Кулона при давлениях pi свыше гравитационного (бытового) рб, т.е. pi>рб. 3 ил.,1 табл.
Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» жесткого плоского тела с пористой материальной средой и предназначено для определения ее параметров деформируемости и прочности. Сущность: материальную среду нагружают жестким плоским перфорированным штампом ступенчато возрастающей нагрузкой до момента потери несущей способности среды и устойчивости на ней штампа. Во времени контролируют параметры давления pi и деформации Si среды при нагружении и строят график испытания, по которому определяют параметры прочности и деформируемости среды. Каждую ступень деформации среды поддерживают постоянной во времени до ее условной стабилизации. Перед заданием последующих ступеней деформации среды упругий динамометрический элемент фиксируют стопорным винтом нагрузочного устройства. Устройство состоит из корпуса с рабочей камерой, неподвижно установленного на дне камеры нижнего жесткого плоского перфорированного штампа, рабочего кольца с образцом материальной среды, установленного в верхней части рабочего кольца на образце среды верхнего жесткого плоского подвижного перфорированного штампа и нагрузочного устройства. Нагрузочное устройство состоит из жесткой рамки с верхней и нижней перекладинами и двух направляющих стоек, толкателя и упругого динамометрического элемента. Технический результат: повышение производительности испытаний среды на сжимаемость и прочность. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к строительству и предназначено для определения в лабораторных условиях механических характеристик грунта, а именно модуля деформации и коэффициента поперечных деформаций. Прибор для испытаний грунта на сжимаемость содержит цилиндрический корпус, перфорированный поршень и пористое дно. Дополнительно включает вкладыш из эластичного материала, снабженный датчиками перемещений, расположенный между корпусом и испытываемым образцом. Вкладыш позволяет образцу грунта под действием нагрузки расширяться в поперечном направлении, причем обеспечивается одновременное сжатие образца грунта и эластичного вкладыша. Технический результат состоит в повышении точности результатов измерений модуля деформации и коэффициента поперечных деформаций, упрощении конструкции прибора. 4 ил.
Изобретение относится к приборам для измерения деформаций морозного пучения грунта в лабораторных условиях. Прибор содержит гильзы для образцов исследуемого грунта, которые составлены из колец, поддон с водой, штампы, теплоизоляцию и датчики температуры. При этом гильзы размещены на телескопических стаканах различной высоты, установленных на поддоне. Прибор позволяет повысить достоверность определения деформации морозного пучения. 3 ил.
Изобретение относится к строительству, в частности к устройствам для определения деформационно-прочностных свойств органических и органо-минеральных грунтов. Прибор содержит гильзу для образца грунта, перфорированное днище, поршень, механизм нагружения поршня, штамп и механизм нагружения штампа. При этом штамп размещен в цилиндрической выемке на нижней поверхности поршня и имеет диаметр меньше диаметра поршня. Прибор позволяет расширить возможности приборов для определения деформационно-прочностных свойств грунтов. 6 ил.
Изобретение относится к строительству, в частности к технике испытания преимущественно крупнообломочных грунтов на трехосное сжатие, и может быть использовано при инженерно-строительных исследованиях. Устройство содержит цилиндрическую упругую обойму, круглый штамп, основание, цилиндрический жесткий корпус и измерители деформаций и напряжений. Упругая обойма выполнена с антикоррозионным покрытием на внутренней поверхности, заключена в цилиндрическую жесткую обечайку, внутренний диаметр которой равен внешнему диаметру обоймы. Обечайка разрезана по образующей цилиндра на осесимметричные части, прикрепленные к внешней поверхности обоймы и к радиальным пластинам ребер жесткости, установленным с возможностью радиального перемещения в направляющих вертикальных пазах, выполненных в стенках корпуса, внутренний радиус которого превышает внешний радиус обечайки на величину максимальной боковой деформации образца грунта при испытании его на сжатие. К наружным граням ребер жестко прикреплены горизонтальные штоки динамометров, установленные в каналах стенок корпуса с возможностью радиального перемещения. Корпуса динамометров жестко прикреплены к наружной поверхности корпуса устройства. Свободные концы штоков динамометров выполнены с резьбой и снабжены гайками, фиксирующими натяжение пружин динамометров, и соединены с индикаторами деформаций, закрепленными на стойках, установленных на плите основания устройства. Технический результат: увеличение точности результатов испытаний. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к «Физике материального взаимодействия» при контакте твердого жесткого плоского тела штампа с полупространством деформируемой материальной среды в начале фазы ее предельно критического (провального разрушающего) по прочности и устойчивости состояния. Сущность: на заданной отметке материального полупространства на глубине h под плоским жестким штампом по результатам испытаний определяют физические характеристики сжимаемого материала с ненарушенной структурой: удельный вес — γстр, удельное сцепление с=сстр, угол φ=φстр внутреннего трения, гравитационное (бытовое) давление рб, принимают величину атмосферного давления ратм=1,033 кГ/см2, для приближенного определения минимального разрушающего давления в среде под краем нагруженного штампа используют схему Н.П. Пузыревского и условие предельного равновесия среды, а для установления величины разрушающего давления под центром подошвы штампа рассматривают схему Л. Прандтля — Г. Рейснера. Минимальное разрушающее давление сжатия среды под краем подошвы штампа по схеме Н.П. Пузыревского приближенно определяют по зависимости . Технический результат: возможность определить границы фазового предельно критического (разрушающего) напряженно-деформированного состояния массива связной материальной среды под давлением от плоского жесткого штампа средних размеров в момент начала развития поверхностного трещинообразования. 3 ил.
Научная статья
на тему: “Гравитационное давление«
Из-за
собственного веса жидкости внутри жидкости создается гравитационное давление,
которое увеличивается с увеличением глубины; это имеет одинаковый эффект во
всех пространственных направлениях на определенной глубине.
Величину 
гравитационного давления можно рассчитать,
рассматривая объем столба жидкости с площадью основания 
и силу веса 
.
Гравитационное давление
столба жидкости.
Внизу жидкого
столба действует следующее:
Массу 
жидкости
также можно записать как произведение ее плотности на 
ее объем 
. Объем жидкости, в свою очередь,
соответствует произведению площади основания и высоты 
рассматриваемого
кубоида. Применимо следующее:
Если вставить 
в уравнение выше, площадь в числителе и знаменателе может быть уменьшена. Это приводит к следующей
формуле:
(2) 
Гравитационное
давление в жидкости зависит, поскольку пространственный фактор 
постоянен,
только от плотности жидкости и высоты столба жидкости.
Пример :
● Насколько велико гравитационное давление воды ![h = unit [10] {m}](https://documents.infourok.ru/381ff890-29be-414d-96ee-cbe368b265b7/0/image014.gif){kind=small}
под поверхностью воды?
Следующее относится к гравитационному давлению ![rho _ { mathrm {вода}} = unit [1000] { frac {кг} {м ^ 3}}](https://documents.infourok.ru/381ff890-29be-414d-96ee-cbe368b265b7/0/image015.gif){kind=small}
:
![p _ { mathrm {s}} = rho cdot g cdot h = unit [1000] { frac {kg} {m ^ 3}} cdot unit [9.81] { frac {N} { кг}} cdot unit [10] {m} = unit [98 , 100] {Па}](https://documents.infourok.ru/381ff890-29be-414d-96ee-cbe368b265b7/0/image016.gif){kind=small}
Таким образом, гравитационное давление воды ниже ![unit [100 , 000] {Па}](https://documents.infourok.ru/381ff890-29be-414d-96ee-cbe368b265b7/0/image017.gif){kind=small}
, то есть около ![unit [1] {бар}](https://documents.infourok.ru/381ff890-29be-414d-96ee-cbe368b265b7/0/image018.gif){kind=small}
.
Во избежание
путаницы спецификация гравитационного давления в жидкости часто дополняется
спецификацией 
. Это сокращение
означает «давление манометра» и предназначено для обозначения того, что
информация о давлении связана с давлением воздуха. Например, если вы ![p _ { mathrm {s}} = unit [1] {bar} text {(man.)}](https://documents.infourok.ru/381ff890-29be-414d-96ee-cbe368b265b7/0/image020.gif){kind=small}
добавите давление
воздуха к гравитационному давлению , которое также ![p _ { mathrm {воздух}} = unit [1] {бар}](https://documents.infourok.ru/381ff890-29be-414d-96ee-cbe368b265b7/0/image021.gif){kind=small}
велико, вы получите ![p = unit [2] {bar} text {(абс.)}](https://documents.infourok.ru/381ff890-29be-414d-96ee-cbe368b265b7/0/image022.gif){kind=small}
«абсолютное» давление, которое преобладает
на этой глубине.
Одинаковые уровни воды со
связанными сосудами разной формы (гидростатический парадокс).
Увеличение гравитационного
давления с глубиной не зависит от формы водяного столба над ним. Этот принцип,
известный как «гидростатический парадокс», можно продемонстрировать, например,
с помощью расположения стеклянных сосудов разной формы, соединенных друг с
другом водопроводными трубами («сообщающиеся сосуды»). При таком расположении
уровень воды во всех сосудах будет одинаковым — более высокий уровень воды в
одном из сосудов приведет к более высокому давлению воды на нижние слои воды в
этом сосуде, что, в свою очередь, приведет к выталкиванию воды оттуда в
резервуар. другие суда. Этот принцип используется не только для изготовления
сифонов как «заглушек запахов» (например, на умывальниках)
Вентиляция служит для поддержания достаточного количества свежего чистого воздуха в помещении и для удаления отработанного загрязненного воздуха из помещения. Кроме того, вентиляция обеспечивает движение воздуха в помещении, что способствует устранению лишней влаги, сырости, застойного воздуха и накопившихся запахов. Для того, чтобы подобрать все необходимые комплектующие, требуется произвести расчёт системы вентиляции.Расчёт приточной вентиляции
Расчёт приточной вентиляции выполняется для каждого из помещений в отдельности. Алгоритм расчёта зависит от назначения помещения. Так, для офисных помещений, фойе и переговорных будут применены различные зависимости.
В первую очередь, выполняя расчёт приточной вентиляции, следует обратиться к нормативным документам — сводам правил (СП) для рассматриваемого типа объекта:
- СП 44.13330.2011 — Административные и бытовые здания
- СП 54.13330.2016 — Здания жилые многоквартирные
- СП 56.13330.2011 — Производственные здания
- СП 57.13330.2011 — Складские здания
- СП 113.13330.2016 — Стоянки автомобилей
- СП 118.13330.2012* — Общественные здания и сооружения
- СП 278.1325800.2016 — Здания образовательных организаций высшего образования
В сводах правил приведены таблицы кратностей воздухообмена для различных помещений. Например, согласно п. 7.31 СП 118.13330.2012 кратность воздухообмена в магазине должна быть не менеце 1. Напомним, что кратность воздухообмена показывает, сколько раз воздух в помещении должен смениться за один час. Следовательно, чтобы провести расчёт приточной вентиляции нужно определить объём помещения магазина.
Предположим, площадь магазина составляет 50 м2, высота потолков 3 метра. Тогда объем помещения составит 150 м3, а требуемый расход приточного воздуха будет равен 150·1=150 м3/ч.
Для других типов объектов в нормах может быть указана не кратность воздухообмена, а расход воздуха, приходящийся на одного человека. Так, согласно таблице 7.3 СП 118.13330.2012 в зрительных залах кинотеатров расход воздуха на одного зрителя должен быть не менее 20 м3/ч. В этом случае расчёт приточной вентиляции будет заключаться в подсчёте числа зрителей и умножении полученного значения на 20 м3/ч. Для зрительного зала вместимостью 300 человек получим: 300·20 = 6000 м3/ч.
Расчёт вытяжной вентиляции
Расчёт вытяжной вентиляции также ведётся с учетом требований сводов правил, список которых приведён выше. Например, однократный воздухообмен в магазине будет означать, что производительность вытяжной системы также должна составлять 1 объём помещения в час (150 м3/ч для рассмотренного магазина).
Однако при расчёте вытяжной вентиляции есть одна особенность. В «чистых» помещениях (офисы, кабинеты, переговорные, жилые комнаты и другие помещения с постоянным пребыванием человека) рекомендуется, чтобы расход вытяжного воздуха был на
10-30 % меньше расхода приточного воздуха. Это делается для того, чтобы «лишний» воздух уходил в смежные помещения — в коридоры и технические помещения. Тем самым обеспечивается защита от перетекания запахов из смежных помещений и жилые и офисные зоны.
Кроме того, на любом объекте есть помещения, где предусматривается только вытяжка — санузлы, душевые, технические помещения, гардеробы и другие. Как правило, нормы предписывают устраивать для них отдельные вытяжные системы. При этом расчёт вытяжных систем ведётся исходя из следующих цифр:
- Вытяжка от одного унитаза: 50 м3/ч
- Вытяжка от одной раковины: 25 м3/ч
- Вытяжка от одной душевой кабинки: 75 м3/ч
- Вытяжка из технических помещений: 1 крат.
Расчёт приточно-вытяжной вентиляции
Расчёт приточно-вытяжной вентиляции сводится к расчёту приточной и вытяжной систем вентиляции по отдельности. Далее, функцию двух систем может выполнять один агрегат — приточно-вытяжная установка.
Приточно-вытяжные установки обычно применяют для общеобменных систем вентиляции. Учитывая преобладание притока над вытяжкой, о котором говорилось выше, в таких установках расход приточного воздуха больше, чем вытяжного. Кроме того, аэродинамическое сопротивление приточной системы всегда выше, чем вытяжной ввиду наличия секций фильтрации, нагрева, а иногда и охлаждения. Поэтому вытяжные вентиляторы, как правило, предусматриваются меньшей мощности, нежели приточные.
Наконец, выполняя расчёт приточно-вытяжной вентиляции, можно сэкономить, предусмотрев рекуператор тепла. Это устройство, которое передаёт тепло от вытяжного воздуха приточному. В зимнее время рекуператор способен достаточно сильно прогреть приточный воздух за счёт вытяжного и, как следствие, существенно снизить мощность нагревателя.
Например, в приточной системе вентиляции требуется нагреть 1000 м3/ч воздуха с ‑26°С до +20°С. Мощность нагревателя составит 0,335·1000·(20-(-26)) = 15,3 кВт.
Предположим, в рекуператоре удалось нагреть приточный воздух до температуры +7°С. Тогда нагревателю останется лишь догреть его до искомых +20°С. Мощность такого нагревателя составит 0,335·1000·(20-7)=4,3 кВт. Таким образом, применение рекуператора позволило понизить энергозатраты системы на 11 кВт или на 72%.
Расчёт естественной вентиляции
Суть естественной вентиляции — обеспечение естественного воздухообмена в помещении. Приточная естественная вентиляция обычно представляет собой открытые окна. Естественная вытяжная вентиляция — это шахта, которая поднимается на определенную высоту. Чем выше — тем сильнее тяга, и тем интенсивнее будет работать естественная вентиляция в целом.
Естественная вентиляция. 1 — вытяжная решетка, 2 — открытое окно, 3 — вытяжная шахта.
Расчёт естественной вентиляции позволяет определить сечение вытяжной шахты и, при необходимости, высоту подъёма этой шахты. В ходе расчёта определяется располагаемое гравитационное давление (тяга), подбирается сечение, рассчитываются аэродинамические потери и проверяется условие, чтобы потери не превышали тягу.
Располагаемое гравитационное давление определяется по формуле:
ΔРГ=g·h·(ρН-ρВ),
где g — ускорение свободного падения (g=9,81 м/с2); h — высота шахты (м); ρН — плотность наружного воздуха (принимается для +5°С равной 1,27 кг/м3); ρВ — плотность внутреннего воздуха (принимается для +18°С равной 1,21 кг/м3).
Площадь сечения шахты рассчитывается исходя требуемого расхода и скорости воздуха. Скорость воздуха задаётся самостоятельно, рекомендуется принимать не более 1,5 м/с, желательно — 1 м/с.
S = L / (3600·v),
где L — расход воздуха (м3/ч), v — скорость воздуха (м/с).
По полученной площади сечения шахты определяется длина А и ширина В сечения (так, чтобы A·B ≈S) для прямоугольных шахт или диаметр круглых шахт (D=корень(4·S/p)).
Далее определяется аэродинамическое сопротивление шахты ΔРШ, включая сопротивление вытяжной решетки в помещении и дефлектора на улице. Оно должно быть как минимум на 10% меньше располагаемого гравитационного давления ΔРГ:
ΔРГ ≥ 1,1·ΔРШ.
Если это условие не выполняется, следует принять меньшую скорость движения воздуха в шахте (это позволит снизить ΔРШ) или увеличить высоту шахты (это позволит увеличить ΔРГ).
Расчёт воздуховодов вентиляции
Расчёт воздуховодов вентиляции сводится к определению сечения воздуховодов — сторон прямоугольных воздуховодов или диаметра круглых. Расчёт сечения вентиляции ведётся по формуле:
S = L / (3600·v),
где L — расход воздуха (м3/ч), v — скорость воздуха (м/с). Скорость воздуха в системах принудительной вентиляции принимается:
- До 15 м/с в системах противодымной вентиляции
- До 6 м/с в магистральных воздуховодах общеобменной вентиляции
- До 4 м/с в ответвлениях от магистральных воздуховодов общеобменной вентиляции.
Далее для прямоугольных воздуховодов подбираются такие размеры проходного сечения А и В, чтобы А·В≈S. Кроме того, А и В должны быть кратны 50 миллиметрам. Например, для S=0,07 м2 можно предложить А=350мм и В=200 мм или А=300 мм и В=250 мм.
Для круглых воздуховодов выполняется расчёт диаметра вентиляции D: D=корень(4·S/p).
Далее принимается ближайший больший диаметр воздуховода из ряда стандартных диаметров: 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 650, 800, 1000 миллиметров.
Например, для той же площади сечения S = 0,07 м2 получим D ≈ 300 мм. Ближайший больший круглый воздуховод имеет диаметр 315 миллиметров — именно его и следует принять.
Пример расчёта вентиляции
В качестве примера рассмотрим небольшой офис компании, включающий ресепшен (2 рабочих места) и три кабинета (4, 6 и 8 рабочих мест и по 2 места для посетителей в каждом из них). Напомним, что на каждое постоянное рабочее место требуется 60 м3/ч, на каждого посетителя — 20 м3/ч. Расход приточного воздуха для такого объекта составит:
- Для ресепшена — 2·60 = 120 м3/ч
- Для кабинета 1 — 4·60+2·20 = 280 м3/ч
- Для кабинета 2 — 6·60+2·20 = 400 м3/ч
- Для кабинета 3 — 8·60+2·20 = 520 м3/ч
Общий расход приточного воздуха составит 120+280+400+520 = 1320 м3/ч.
Примем скорость воздуха v = 4 м/с. Получим площадь сечения S = 1320/(3600·4) = 0,092 м2. Примерно такую площадь сечения имеет круглый воздуховод диаметром 400 мм. Но такой диаметр считается слишком большим, рекомендуется применять прямоугольные воздуховоды.
Среди прямоугольных воздуховодов можно предложить, например, 400×250 мм — именно такого типоразмера далее следует подбирать вентилятор, шумоглушители, воздухонагреватель, фильтр и другие элементы приточной системы вентиляции.
Кстати, рассчитаем мощность воздухонагревателя для данной системы (нагрев с −26°С до +18°С):
QН = 0,335·1320·(18-(-26)) = 19,4 кВт.
Заключение
Расчёт вентиляции следует выполнять в соответствии с требованиями Сводов Правил и иных нормативных документов РФ. В ходе расчёта определяется производительность систем, сечение воздуховодов, подбираются все элементы, входящие в состав той или иной системы.