Опубликовано: Октябрь 14, 2004
Задача Стефана в строительстве
Н.А.ПАРФЕНТЬЕВА, проф., канд. физ.-мат. наук;
О.Д.САМАРИН, доцент/ канд. техн. наук (МГСУ).
Особенность данной задачи состоит в переменных размерах области, в которой исследуется температурное поле, за счет наличия подвижной границы раздела фаз, изучение поведения которой с течением времени и составляет основную цель решения. Физические свойства среды, находящейся в разных фазах (плотность, теплопроводность, теплоемкость и т.д.) будут различными. Поэтому задача Стефана характеризуется существенной геометрической и физической нелинейностью, что крайне затрудняет ее решение. Во всяком случае, общих аналитических методов ее решения при произвольной форме области и любом характере изменения температуры на ее границах до сих пор не найдено [1].
Тем не менее, решение задачи Стефана имеет большое значение для строительства, поскольку ею описывается значительное количество процессов, реально происходящих в ограждающих конструкциях здания во время его эксплуатации. В основном это касается изменения агрегатного состояния содержащейся в ограждениях влаги при колебаниях температуры наружного воздуха в холодный период года, как периодических (прежде всего суточных), так и скачкообразных, возникающих во время резких похолоданий, а также при изменении подачи тепла системой отопления в аварийных режимах. При этом в зоне перемещения фронта промерзания создаются крайне неблагоприятные условия эксплуатации материала ограждений вследствие чередующегося замерзания и оттаивания, что постепенно может привести к снижению прочности, а в конечном счете и к разрушению конструкции. Кроме того, значительная инерционность границы раздела фаз в заметной степени влияет и на характер распространения температурных волн в ограждении, а значит, и на его теплоустойчивость по отношению как к внутренним, так и внешним тепловым воздействиям, что в конечном счете сказывается на тепловом режиме помещения и условиях комфортности находящихся в нем людей.
Существует также ряд других задач, при определенных условиях встречающихся в строительстве и описываемых задачей типа Стефана, например, исследование огнестойкости увлажненных ограждений в условиях пожара. Здесь речь идет о поведении фронта парообразования, причем в данном случае задача осложняется возникновением направленного потока водяного пара через стенку за счет разности его парциальных давлений по обе стороны фронта. Следовательно, перенос тепла сопровождается процессом диффузии, что усиливает физическую нелинейность и вызывает появление конвективной составляющей теплового потока.
Особенность задачи Стефана в том, что область исследования состоит из двух зон, причем граница областей подвижна. Одной из основных целей решения является определение скорости перемещения границы раздела фаз.
Библиографический список:
7. Прусаков Г. М. Математические модели и методы
в расчетах на ЭВМ. — М, Наука, 1993, 144с. 2 С Снип II-3-79* Строительная теплотехника». — М., /У// ЦП//, 1998.
3. Теории тепломассообмена/Под ред. А.И.Леонтьева. - М., МВТУ, 1997, 684с.
4. Богословский В.Н. Строительная теплофизика. — М., Высшая школа, 1982, 416с. Н.А.Парфентьева,О.Д. Самарин
Скрыть комментарии (0)
Похожие темы:
|
