מדוע רוח רוח מטענת את החומר בעיצוב רהיטים עירוניים

ריהוט רחוב הוא חלק חיוני של הנוף העירוני, אבל המיקום שלו ואת הצורה ישירות להשפיע על איך הרוח זורם דרך עיר. כאשר ספסל, ערימה אשפה, או מקלט אוטובוס לתפוס את הרוח, זה יכול ליצור אזורי לחץ גבוה שמוביל עייפות מבנית, כשלון העוגן, או אפילו לטבוליט.כישלונות אלה מציבים סיכונים בטיחות להולכי רגלים ולהגדיל את עלויות תחזוקה עבור ערים.

דפוסי רוח עירוניים מורכבים.בניינים, עצים ומבנים אחרים מתחזים רוח אל גורים בלתי צפויים. ספסל פשוט כי הוא נקי מבחינה אווירית במנהרת רוח עשוי להפוך למלח כאשר מותקן ליד פינה בניין. CFD מאפשר למעצבים לבחון אבטיפוס וירטואלי בתנאים רוחיים מציאותיים, בהתחשב בהקשר שמסביב. גישה זו מפחיתה את הצורך אבטיפוסים פיזיים יקרים ומזרזת את התפתחות הרהיטים שקופים עם רוח רפאים במקום פעילות גופנית מיותרת, או מחיסכון לא נחוץ, עם עלויות פלדה, או עיצוב, הן מאלומיניום.

הבנת עומסי הרוח על ריהוט רחוב

הרוח מפעילה לחץ על כל משטח שהיא פוגשת.הכוח תלוי במהירות רוח, צפיפות אוויר, צורת האובייקט, וכיווןו. עבור ריהוט רחוב, כוח הגרור וכוח המעלית הם החששות העיקריים.דרדרדוח את הרהיטים לכיוון הרוח, בעוד המעלית עלולה לגרום למבנה להיות לא יציב.

הפיזיקה של Wind Load

עומס הרוח על אובייקט נשלט על ידי המשוואה:0; שבו ⁇ הוא צפיפות אוויר, V הוא מהירות רוח, Cd הוא הגרור coefficient, ו A הוא האזור הצפוי. גרור coefficient מושפע מאוד על ידי צורה. פאנל מלבני שטוח יש Cd סביב 2.0, בעוד גליל זרם זרם יכול להיות Cd נמוך כמו 0.5.

מעבר לעומס סטטי, אפקטים דינמיים כגון vortex לשפוך ותופעות גורפות חייב להיחשב. ⁇ שופעת מתרחשת כאשר רוח זורם סביב גוף בוטה, יצירת שינוי אזורי לחץ נמוך הגורם למבנה ל vibrate. Over time, זה יכול להוביל לעייפות ב Welds ופרקים. סימולציות CFD ב anSYSent יכול ללכוד תופעות בלתי יציבות אלה, המאפשרים מהנדסים כדי להוסיף תכונות מפונקציות או לקלקל.

תפקיד ה-CDC ב- Design Optimization

סימולציות CFD מספקות תובנות מפורטות בדפוסי זרימת אוויר סביב ריהוט רחוב. ANSYS Fluent, כלי CFD חזק, מסייע הדמיה של זרימת רוח, זיהוי אזורים של לחץ גבוה, והערכה של שינויים עיצוביים שונים.תהליך זה מאפשר למעצבים ליצור רהיטים אינטראקציה יותר הרמונית עם דינמיקות רוח. במקום להסתמך על ניחושים או בדיקות מנהרה רוח פשוטות, CFD מציעה מעבדה דיגיטלית שבו מאות זה יכול להיות פועל ביום.

מדוע הסתברות של עבודה זו היא אידיאלית

Fluent משמש נרחב בתחום התעופה, הרכב וההנדסה האזרחית עבור פותרי הפיזיקה החזקים שלה ויכולת להתמודד עם גיאוגרפיות מורכבות. עבור ריהוט רחוב, הוא תומך זרימה סוערת מודלים באמצעות k-epsilon או SST k-omega מודלים, שניהם מתאימים היטב עבור uff Body aeroדינמיקה. התוכנה יכולה לייבא מודלים ישירות, מה שהופך אותו קל כדי לקבוע את המטריה הקטנה על ידי גרורתי גם את זה במהירות גרורתי על ידי חיכוך עם 10.

טיפ מעשי אחד: השתמש בסימטריה כאשר גיאומטריה וכיוון הרוח מאפשרים, כי זה חותך זמן חישובי בחצי. עבור ספסל סימטרי על כיוון הרוח, מודל רק צד אחד וליישם מצב גבול סימטריה.זה מקטין את גודל האפר ואת זמן הפתרון תוך שמירה על דיוק.

אסטרטגיות עיצוב עבור ריהוט ידידותי ו Wind-Resistant

עיצוב ריהוט רחוב שהוא ירוק ורוח-resistant דורש שילוב מתחשב של צורה, חומר ותפקוד.אסטרטגיות הבאות אושרו באמצעות מחקרי CFD ומתקנים בעולם האמיתי.

המונחים: Aerodynamic shapes

הקצוות העגולים, משטחים מעוקלים, ו-Crered מסתיימת באופן משמעותי להפחית את ה-Gear. A ספסל עם פרופיל מושב convex ו- Armrests מעוגל יכול לחתוך את ה-Gar coefficient על ידי 30% בהשוואה לעיצוב קופסאות אור ו-Bllards, ריבוע חצוף או בצורת elliptical מסייע לזרום בצורה חלקה סביב המבנה, מצמצם את הצורות אלה ניתן להשיג באמצעות סדורות קונקרטיות או מקודמות באמצעות צורות ממוחזרות עם מתכת ממוחזרות.

מבנה פתוח

לוחות סולידריות פועלים כמפרשים.על ידי החלפת משטחים מוצקים עם מסך מזחל או מחוספס, רוח עובר דרך הרהיטים במקום לדחוף נגד זה.לדוגמה, מקלט אוטובוס עם לוח מתכת מחוספס מקטין את עומס הרוח הכולל על ידי כך מאפשר אוויר לדמם באמצעות. CFD יכול לעזור לקבוע את היחס הפתוח האופטימלי - באופן חד משמעי בין 30% ל פיזור רוח עם ויזואלי ו- 50%.

משקל אור בר חומרים

חומרים כגון עץ חוזר, ריהוט אור ממוחזר מטילים עלות גבוהה יותר (HDPE), ומורכבים במבוק מציעים צפיפות נמוכה ויחסים טובים במשקל-כוח-על-מנת-על-מנת מטענים קטנים יותר של יסודות, וקל יותר להתקין, צמצום אנרגיית הבנייה.עם זאת, חומרים קלים חייבים להיות מעוגן בזהירות כדי למנוע הרמת רוח.

אינטגרציה

הגדלת צמחים חיים לתוך ריהוט רחוב - כגון גגות ירוקים על מקלטי אוטובוס או ספסלים צמחיים - חוזים ערך אקולוגי בעודם פועלים כמו שבירה רוח טבעית. Dense foliage יכול לנתק אנרגיה רוח, להפחית את העומס היעיל על המסגרת המבנית. סימולציות CFD יכול מודל צמחייה כמו ⁇ מדיה עם אסתטיקה נאותה לחץ, מעצבים המאפשר לכוון את הצמח עבור צפיפות רוח משיכה ומשיכה.

Biomimicry and Nature-Inspired Geometry

הטבע מציע פתרונות אלגנטיים להתנגדות רוח.גזעי עץ, טכמניות ציפורים, וגופים דגים התפתחו צורות הממזערות את גרר.בן תוכנן עם צורה ספירלה בהשראת ים יכול להנחות רוח סביב זה, בעוד ספסל עם מברשת דבש מספק כוח מבני עם חומר מינימלי. CFD מאפשר פיזור מהיר של צורות בהשראת ביולוגי כזה, לבחון אותם תחת זוויות שונות ומהירויות.

יישום CFD בתהליך העיצוב

באמצעות CFD כדי לייעל ריהוט רחוב הוא תהליך שיטתי.הצעדים הבאים מכנים זרימת עבודה טיפוסית ב- ANSYS Fluent, מהרעיון לאמת עיצוב.

שלב 1: הכנת גיאומטריה

התחל עם מודל 3D של רהיטים. Siלהגדיל פרטים קטנים כמו ברגים או insignia כי לא להשפיע על זרימת האוויר.יצוא המודל כקובץ STEP או IGES לייבא אותו לתוך ANSYS Workbench. ליצור דומיין נוזל סביב הגיאומטריה - מנהרה רוח וירטואלית - תוך שימוש לפחות חמש פעמים גובה האובייקט למעלהstream ו -10 פעמים למטה כדי לאפשר התפתחות.

שלב 2: אכזב

ליצור מרש לא מובנה עם שכבות אינפלציה על פני השטח רהיטים כדי ללכוד אפקטים שכבת גבול. השתמש tetrahedral או פוליhedral בזרם הגדול.היש צריך להיות דק יותר ליד הקצוות ואת פינות חדות שבו ⁇ גבוה להתרחש. סימולציה רחוב טיפוסי משתמש 1- 5 מיליון תאים.תמיד לבצע מחקר עצמאות mesh: הישוש עד לגרור coefficient על ידי פחות מ -2.

שלב 3: תנאים קשים

הגדר את החדירה כפרופיל מהירות רוח (למשל, 20 מ' / s gust) ועוצמה סוערת של 5%. Define את השקע כלחץ על לחץ אפס לחץ.משטחי הרהיטים הם קירות ללא צליף. וגבולות העליון יכולים להיות סימטריה או קירות ללא תשלום.

שלב 4: הגדרות Solver

השתמש בפתרון מבוסס הלחץ עם מודל תנוחה קבועה עבור זרימה ממוצעת, או לא במקום אם vortex לשפוך חשוב.בחר מודל ההפרעות של k-epsilon ריאלי עבור הביצועים הטובים שלה עם גופים bluff. הגדרת פתרון שולט על מספר קבוע של 0.5 ו לפקח על כוח הגרור מתכנס בדרך כלל.

שלב 5: פוסט-Processing and Iteration

לאחר שהפתרון מתכנס, לחלץ ולרומם כוחות.לדמיין קווי לחץ, קווי זרם וקטורים מהירים לזהות אזורים של לחץ גבוה של קיפאון או הפרדה. בהתבסס על התוצאות, לשנות את הגיאומטריה - לדוגמה, להוסיף chamfer על קצה או להגדיל את יחס ההנצחה - ולחזור על הסימולציה. 3 עד 5 מסלולים לעתים קרובות מספיק כדי להשיג עיצוב קרוב לאופטימי.

דוגמה מעשית: Wind-Resistant Bus Shelter

שקול מקלט אוטובוס טיפוסי עם גג שטוח לוחות זכוכית מוצק. סימולציה בסיס CFD ב 25 מ ' / רוח מראה כוח גרר של 1,200 N, אשר ידרוש עיגון פלדה כבד בסיס בטון מתחזק. על ידי החלפת לוח הגב מוצק עם מסך מתכת חד פעמי (40% שטח פתוח) והוספת עקומה קלה לקצה הגג, טיפות גרר עד 720a 40% נשמרים על ידי חשיפה שקוף יותר של פחמן מופעלת על ידי פחות מ קיבולת מתכת סטנדרטית על ידי פחות מ 200 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

היתרונות של שימוש ב-CDCD עבור עיצוב בר קיימא

החלת ניתוח CFD מובילה לכמה יתרונות מעבר להפחתה של עומס הרוח.

  • (ב) ,0) בטיחות ועמידות: ⁇ 1 (הדגשה על תרחישים רוח הגרועים ביותר, להבטיח שהריהוט נשאר מעוגן במהלך הסערה, מגן על הולכי רגל ורכוש.
  • (FLT:0) ,השימוש בחומרים: FLT:1Buildedצורות דורשות פחות חומר מבני, חיתוך עלויות וטביעת רגל סביבתית.
  • חיסכון של FLT:0 (Costחיסכון באמצעות עיצוב משופר: FLT:1 פחות אב טיפוס פיזי ופחות תרגם עלויות פיתוח נמוכות יותר.תחזוקה מרווחים אורך כי מתחי עייפות הם מצטמצם.
  • (FLT:0)Promotion של פיתוח עירוני בר קיימא:FreaLT:1 חומרים ידידותיים לסביבה משולבת תמיכה במגוון ביולוגי, לנהל מים גשם, ולצמצם את אפקט החום העירוני. CFD מסייע לאזן את היתרונות הללו עם ביצועים מבניים.
  • (FLT:0) אישור וציות קוד: FLT:1 עירוניות דורשות יותר ויותר חישובים עומסי רוח המבוססים על קודי בנייה מקומיים. דוחות CFD מספקים את התיעוד הדרוש עם דיוק גדול יותר מאשר נוסחאות פשוטות.

היתרונות האלה הופכים את CFD כלי חיוני עבור מעצבים שמטרתם ליצור ריהוט רחוב שהוא גם יפה וגם גמיש.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות כוחו, CFD יש מגבלות.לשלב זרמים סוערים סביב גיאוגרפיות מורכבות הוא אינטנסיבי חישובי, תוצאות תלוי איכות ומודל זעזועים בחירה. אימות עם מנהרה רוח או מדידות שדה נשאר חשוב, במיוחד עבור עיצובים חדשים.בנוסף, סימולטור ההשפעות של צמחייה, שלג, או גשם על עומסי רוח הוא עדיין אזור מחקר פעיל.

במבט קדימה, הפיכה של CFD עם עיצוב ניוון אופטימיזציה טופולוגיה יכול להתאים את התהליך של מציאת צורות עמידות רוח.מודלים למידה מכונה מאומן על נתונים CFD יכול לחזות גרור אפקטיביות מפרמטרים גיאומטריים בסיסיים תוך שניות, המאפשרת חקר עיצוב בזמן אמת בזמן אמת.שילוב של הערכה מחזור חיים (LCA) כלים עם CFD יאפשר למעצבים להעריך הן ביצועים סביבתיים והן במקביל - צעד אמיתי לקראת עיצוב בר קיימא.

מסקנה

עיצוב ריהוט רחוב ידידותי לסביבה הממזער עומסי רוח הוא מרכיב קריטי של יצירת ערים בר קיימא ובטוחות. Computational Fluid Dynamics ב ANSYS Proent מספק שיטה אמינה, עלות יעילה לנתח את זרימת האוויר, להפחית את הגרור, אופטימיזציה לשימוש חומרי. על ידי שילוב של צורות אווירודינמיקה, מבנים פתוחים, חומרים חיים, ואלמנטים חיים, מעצבים יכולים לייצר רהיטים שעומדים על האלמנטים על הרכיבים תוך תרומה לנתיב ירוק יותר, כמו גם יכולות אוויריות, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כדי להמשיך את יכולת סימולציה רחוב, יותר מאשר זרם ירוק יותר, להמשיך להיות יותר מאשר סימולציה.

לקריאה נוספת על שיטות ה-CFD הטובות ביותר, מתייחסת ל-FLT:0ANSYS Fluent product pagecioFLT:1 .Insights on Sustainable Street Furniture Materials ניתן למצוא ב-FLT:2ArchDailyFLT 3, ומחקר אקדמי על עומסי רוח זמין באמצעות FLT:4 ScienceDirectFancy:5ArchDailyFLT:5