РАСЧЕТ ПОЛЕЙ ТЕМПЕРАТУР И ИХ ГРАДИЕНТОВ В ДОРОЖНЫХ БЕТОННЫХ ПОКРЫТИЯХ

The heat fluxes impact on the road-dressing concrete surfacing under different regions climatic conditions of the construction and maintenance dramatically degrades their solidity, corroding-, shiftingand frost-resistance, and ultimately – the service durability. The source of deformation processes is the character of the gradient temperature fields in the road dressing materials developing with both protracted (static) and short run (dynamic) heat-and-mass impacts that forward destruction of the pavement surface layers being in contact with free air. In addition, pulsating hydrodynamic pressures appear in the pores of moisture-laden pavement as a result of the vehicular traffic that foster material structure disruption of the surface layers leading to irreversible deformation incipiency (cracks etc.). The authors report of developing a С++ computer program for temperature and gradient fields engineering evaluations of the road dressings made of materials with various surfacing and free-air thermophysical characteristics in line with boundary conditions of the 3rd kind for semi-bounded body. The paper presents the evaluation results in form of graphical curves of the temperature allocation along the surfacing thickness as function of its initial temperature and thermophysical characteristics of the concrete. Воздействие тепловых потоков на бетонные покрытия при различных климатических характеристиках районов строительства и эксплуатации дорожных одежд резко снижает их прочность, корозионно-, сдвигои морозоустойчивость, а в конечном итоге – долговечность. Причиной деформационных процессов является характер градиентных температурных полей в материалах дорожных одежд, развиваемых как при длительном (статическом), так и при кратковременном (динамическом) воздействии теплоты и массы, которые способствуют разрушению поверхностных слоев покрытий, контактирующих с наружным воздухом. При этом в порах насыщенного влагой покрытия вследствие движения автомобилей возникают пульсирующие гидродинамические давления, способствующие разрушению структуры материала поверхностных слоев, что приводит к возникновению необратимых деформаций (трещин и т. п.).Разработана компьютерная программа на языке С++ для инженерных расчетов температурных и градиентных полей дорожных одежд из материалов с различными теплофизическими характеристиками покрытий и наружного воздуха в соответствии с граничными условиями третьего рода для полуограниченного тела. Результаты расчетов представлены в виде графических зависимостей распределения температуры по толщине покрытия в зависимости от его начальной температуры и теплофизических характеристик бетона.

МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНВЕКТИВНЫХ ПОТОКОВ В ПНЕВМООПОРНЫХ ОБЪЕКТАХ. Часть 1

A computer modeling process of three-dimensional forced convection proceeding from computation of thermodynamic parameters of pneumo basic buildings (pneumo supported structures) is presented. The mathematical model of numerical computation method of temperature and velocity fields, pressure profile in the object is developed using the package Solid works and is provided by grid methods on specified software. Special Navier–Stokes, Clapeyron–Mendeleev, continuity and thermal-conductivity equations are used to calculate parameters in the building with four supply and exhaust channels. Differential equations are presented by algebraic equation systems, initial-boundary conditions are changed by differential conditions for mesh functions and their solutions are performed by algebraic operations. In this article the following is demonstrated: in pneumo basic buildings convective and heat flows are identical structures near the surfaces in unlimited space, but in single-multiply shells (envelopes)circulation lines take place, geometrical sizes of which depend on thermal-physical characteristics of gas(air)in envelopes, radiation reaction with heated surfaces of envelopes with  sphere, earth surface, neighboring buildings. Natural surveys of pneumo-basic buildings of different purposes were carried out in Minsk, in different cities of Belarus and Russia, including temperature fields of external and internal surfaces of air envelopes, relative humidity, thermal (heat)flows, radiation characteristics and others.The results of research work are illustrated with diagrams of temperature, velocity, density and pressure dependent on coordinates and time.Выполнено компьютерное моделирование процесса трехмерной конвекции на основании расчетов термодинамических параметров пневмоопорных объектов при вынужденной конвекции воздуха. Разработана математическая модель численного расчета температурных, скоростных, полей давлений воздуха в объекте в системе Solid Works и с помощью программных средств представлена сеточными элементами. Для объекта, где функционируют приточно-вытяжные сечения, через которые транспортируется более и менее нагретый воздух, использованы уравнения Навье – Стокса, сплошности, теплопроводности, Клапейрона – Менделеева. Дифференциальные уравнения представлены системами алгебраических уравнений, начальные и граничные условия заменены разностными условиями для сеточных функций, и их решения выполнены алгебраическими операциями. Показано, что в пневмоопорных объектах конвективные, тепловые потоки идентичны структурам у поверхностей в неограниченном пространстве, а в одно- и многослойных оболочках имеют место циркуляционные контуры, геометрические размеры которых зависят от теплофизических характеристик газа (воздуха) в оболочках, радиационных взаимодействий более и менее нагретых поверхностей оболочек с небосводом, поверхностью земли, соседними объектами. Выполнены натурные обследования пневмоопорных объектов различного назначения (спортивные и складские объекты, дельфинарии и т. д.) в летнее и зимнее время в Минске и других городах Беларуси и России, включающие температурные поля внешних и внутренних поверхностей оболочек воздуха в помещениях, подвижности воздуха, относительные влажности, тепловые потоки, радиационные характеристики и т. д.Результаты аналитических и натурных исследований иллюстрированы графическими зависимостями скорости, температуры, плотности, давления от координат, времени

ESTIMATION OF THE CONCRETE PAVEMENT TEMPERATURE FIELDS AND THEIR GRADIENTS

The heat fluxes impact on the road-dressing concrete surfacing under different regions climatic conditions of the construction and maintenance dramatically degrades their solidity, corroding-, shiftingand frost-resistance, and ultimately – the service durability. The source of deformation processes is the character of the gradient temperature fields in the road dressing materials developing with both protracted (static) and short run (dynamic) heat-and-mass impacts that forward destruction of the pavement surface layers being in contact with free air. In addition, pulsating hydrodynamic pressures appear in the pores of moisture-laden pavement as a result of the vehicular traffic that foster material structure disruption of the surface layers leading to irreversible deformation incipiency (cracks etc.). The authors report of developing a С++ computer program for temperature and gradient fields engineering evaluations of the road dressings made of materials with various surfacing and free-air thermophysical characteristics in line with boundary conditions of the 3rd kind for semi-bounded body. The paper presents the evaluation results in form of graphical curves of the temperature allocation along the surfacing thickness as function of its initial temperature and thermophysical characteristics of the concrete

MODELING OF CONVECTIVE STREAMS IN PNEUMOBASIC OBJECTS (Part 2)

The article presents modeling for investigation of aerodynamic processes on area sections (including a group of complex constructional works for different regimes of drop and wind streams  and  temperature  conditions)  and  in  complex  constructional  works  (for  different regimes of heating and ventilation). There were developed different programs for innovation problems solution in the field of heat and mass exchange in three-dimensional space of pres- sures-speeds-temperatures of оbjects.The field of uses of pneumobasic objects: construction and roof of tennis courts, hockey pitches, swimming pools , and also exhibitions’ buildings, circus buildings, cafes, aqua parks, studios, mobile objects of medical purposes, hangars, garages, construction sites, service sta- tions and etc. Advantages of such objects are the possibility and simplicity of multiple instal- lation and demolition works. Their large-scale implementation is determined by temperature- moisture conditions under the shells.Analytical and calculating researches, real researches of thermodynamic parameters of heat and mass exchange, multifactorial processes of air in pneumobasic objects, their shells in a wide range of climatic parameters of air (January – December) in the Republic of Belarus, in many geographical latitudes of many countries have shown that the limit of the possibility of optimizing wind loads, heat flow, acoustic effects is infinite (sports, residential, industrial, warehouse, the military-technical units (tanks, airplanes, etc.)). In modeling of convective flows in pneumobasic objects (part 1) there are processes with higher dynamic parameters of the air flow for the characteristic pneumobasic object, carried out the calculation of the velocity field, temperature, pressure at the speed of access of air through the inflow holes up to 5 m/sec at the moments of times (20, 100, 200, 400 sec). The calculation was performed using the developed mathematical model of convection processes, heat and mass exchange in unlimited space based on the laws of momentum conservation, continuity, thermal conduc- tivity and the boundary conditions for pneumobasic objects which allow analyze, calculate thermal, convection streams in three-dimensional space (part 1 (2014,No4))

MODELING OF CONVECTIVE FLOWS IN PNEUMOBASED OBJECTS. Part 1

A computer modeling process of three-dimensional forced convection proceeding from computation of thermodynamic parameters of pneumo basic buildings (pneumo supported structures) is presented. The mathematical model of numerical computation method of temperature and velocity fields, pressure profile in the object is developed using the package Solid works and is provided by grid methods on specified software. Special Navier–Stokes, Clapeyron–Mendeleev, continuity and thermal-conductivity equations are used to calculate parameters in the building with four supply and exhaust channels. Differential equations are presented by algebraic equation systems, initial-boundary conditions are changed by differential conditions for mesh functions and their solutions are performed by algebraic operations. In this article the following is demonstrated: in pneumo basic buildings convective and heat flows are identical structures near the surfaces in unlimited space, but in single-multiply shells (envelopes)circulation lines take place, geometrical sizes of which depend on thermal-physical characteristics of gas(air)in envelopes, radiation reaction with heated surfaces of envelopes with  sphere, earth surface, neighboring buildings. Natural surveys of pneumo-basic buildings of different purposes were carried out in Minsk, in different cities of Belarus and Russia, including temperature fields of external and internal surfaces of air envelopes, relative humidity, thermal (heat)flows, radiation characteristics and others.The results of research work are illustrated with diagrams of temperature, velocity, density and pressure dependent on coordinates and time

МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНВЕКТИВНЫХ ПОТОКОВ В ПНЕВМООПОРНЫХ ОБЪЕКТАХ (Часть 2)

The article presents modeling for investigation of aerodynamic processes on area sections (including a group of complex constructional works for different regimes of drop and wind streams  and  temperature  conditions)  and  in  complex  constructional  works  (for  different regimes of heating and ventilation). There were developed different programs for innovation problems solution in the field of heat and mass exchange in three-dimensional space of pres- sures-speeds-temperatures of оbjects.The field of uses of pneumobasic objects: construction and roof of tennis courts, hockey pitches, swimming pools , and also exhibitions’ buildings, circus buildings, cafes, aqua parks, studios, mobile objects of medical purposes, hangars, garages, construction sites, service sta- tions and etc. Advantages of such objects are the possibility and simplicity of multiple instal- lation and demolition works. Their large-scale implementation is determined by temperature- moisture conditions under the shells.Analytical and calculating researches, real researches of thermodynamic parameters of heat and mass exchange, multifactorial processes of air in pneumobasic objects, their shells in a wide range of climatic parameters of air (January – December) in the Republic of Belarus, in many geographical latitudes of many countries have shown that the limit of the possibility of optimizing wind loads, heat flow, acoustic effects is infinite (sports, residential, industrial, warehouse, the military-technical units (tanks, airplanes, etc.)). In modeling of convective flows in pneumobasic objects (part 1) there are processes with higher dynamic parameters of the air flow for the characteristic pneumobasic object, carried out the calculation of the velocity field, temperature, pressure at the speed of access of air through the inflow holes up to 5 m/sec at the moments of times (20, 100, 200, 400 sec). The calculation was performed using the developed mathematical model of convection processes, heat and mass exchange in unlimited space based on the laws of momentum conservation, continuity, thermal conduc- tivity and the boundary conditions for pneumobasic objects which allow analyze, calculate thermal, convection streams in three-dimensional space (part 1 (2014,No4)).В статье рассмотрены моделирование и исследование аэродинамических процессов на участках пространства (включающих группу строительных сооружений сложной конфигурации для различных режимов капельных и воздушных потоков и температурных условий) и в строительных сооружениях сложной конфигурации (для различных режимов отопления и вентиляции). Разработаны специализированные программы для решения инновационных задач в области тепло- и массообмена в трехмерном пространстве давлений – скоростей – температур объекта.Область применения пневмоопорных объектов – строительство и покрытие теннисных кортов, хоккейных площадок, бассейнов, а также выставки, цирки, кафе, аквапарки, киностудии, мобильные объекты медицинского назначения, ангары, гаражи, строительные площадки, станции техобслуживания и т. д. Достоинствами таких объектов яв- ляются  возможность  и  простота  многократного  монтажа  и демонтажа.  Их широкое внедрение определяется температурно-влажностными условиями под оболочкой.Аналитико-расчетные исследования, натурные обследования тепло- и массообменных термодинамических параметров, многофакторных процессов воздушной среды в пневмоопорных объектах, их оболочках, в широком диапазоне климатических параметров воздуха (январь – декабрь) в Республике Беларусь, в различных географических широтах многих стран показали, что предел возможности оптимизации от ветровых нагрузок, потоков теплоты, акустических воздействий бесконечен (спортивные, жилые, промышленные, складские, военные технические единицы (танки, самолеты и т. д.)). В продолжение к моделированию конвективных потоков в пневмоопорных объектах (часть 1) представлены процессы с более высокими динамическими параметрами воздушных потоков для характерных размеров пневмоопорных объектов, проведен расчет полей скоростей, температур, давлений с увеличенной до 5 м/с скоростью поступления воздуха через приточные отверстия в различные моменты времени (20, 100, 200, 400 с). Расчет осуществлялся с использованием разработанной математической модели про- цессов конвекции, тепло- и массообмена в неограниченном пространстве на основе за- конов сохранения импульса, неразрывности, теплопроводности и граничных условий для пневмоопорных объектов, позволяющих анализировать и рассчитывать тепловые и конвективные потоки в трехмерном пространстве (часть 1 (2014, №4))