Ветер против зданий: как CFD помогает в архитектурно-строительном проектировании

Последнее время я осваиваю новое для себя направление — CFD-анализ (Computational Fluid Dynamics). Это компьютерное моделирование задач аэродинамики, которое помогает лучше понять, как ведет себя воздушный поток вблизи зданий и сооружений, и какое воздействие он на них оказывает.

В проектировании с помощью CFD-анализа мы можем решить несколько важных задач:

✅ определить картины скоростей ветра в пешеходных зонах, чтобы людей не сдувало во время прогулок

✅ уточнить значения основной ветровой нагрузки там, где они не могут быть установлены по нормативам

✅ уточнить значения пиковой ветровой нагрузки для расчета фасадов и узлов их крепления

✅ оценить риски возникновения аэроупругой неустойчивости (например, поперечные колебания высотных зданий)

CFD считается альтернативой натурным испытаниям в аэродинамической трубе.

Метод с аэродинамической трубой принято считать более точным, но он несоизмеримо более трудоемкий и дорогостоящий по сравнению с численным моделированием. Поэтому в реальных проектах физические испытания проводят нечасто и, как правило, один раз для проекта.

CFD, в свою очередь, позволяет экспериментировать, варьировать параметры и подбирать более удачные решения еще на стадии концепции.

А если комбинировать оба метода, то это позволяет «калибровать» и «валидировать» их, повышая уверенность в точности результатов.

P.S. На видео я визуализировал обтекание ветровым потоком здания квадратной формы, полученное с помощью CFD. Цвета показывают значения скоростей потока: от максимальных (красный) до минимальных (синий). Расчет позволил смоделировать характерное образование завихрений с подветренной стороны, которые периодично меняют свое направление, образуя след в виде волны. Этот след называют «дорожкой Кармана».