Физика в строительстве

     Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

Архитектурно-строительный факультет

Кафедра Общей физики

 

 

Реферат

на тему: "Физика в строительстве".

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель

___________Петров И.И.

«___»_____________2010 г.

Исполнитель

студент гр. 09ПГС-1

__________Сидоров И.И.    

«___»_____________2010 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оренбург 2010

Содержание.

 

 

1. Физические основы строительства.

2. Физические основы вентиляции.

2.1 Естественная вентиляция.

2.2 Пример практического  расчета системы естественной вентиляции.

2.3 Принудительная вентиляция.

3. Геодезическое оборудование, созданное на основании законов оптики, применяемое в строительстве.

3.1 Тахеометр и его устройство.

3.2 Нивелир и его устройство.

3.3 Теодолит и его устройство.

4 Голография и топографическая интерферометрия в строительстве.

4.1 Физические принципы  голографии.

Заключение.

Список литературы.

Приложение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Физические основы строительства.

 

      Физические  процессы, проистекающие в природе,  означают изменение формы тела, его положения или агрегатного  состояния.

     Строительные работы проводятся в физическом разрезе так, что все изменения физического состояния тел можно проследить и измерить. Изменения массы, длины и ширины, времени и температуры тел измеряются и документируются. Также и запланированные изменения физического состояния материалов принимаются в расчет с тем, чтобы по окончанию строительных работ выйти на нужные показатели.

     Изменение формы предметов, например, изгиб арматуры, выполняется при помощи машин и механизмов. Изменение положение происходит, например, при возведении стен, когда готовые стеновые блоки и панели устанавливаются при помощи подъемного устройства.

     Изменение состояния вещества можно наблюдать на примере увлажнения бетона, когда при увлажнении бетона после укладки вода, которая разбрызгивается по его поверхности, испаряется или впитывается.

 

2. Физические основы вентиляции.

 

     Известно, что нагретый воздух имеет меньший удельный вес чем холодный (рис.1), и поэтому вытесняется более тяжелым холодным воздухом и поднимается вверх. Это свойство нагретого воздуха используется не только для подъема монгольфьеров – летательных аппаратов легче воздуха, но и для создания тяги в отопительных устройствах. И, что более важно для нас, для охлаждения узлов РЭА, когда естественная тяга является основной в корпусах с естественной вентиляцией.

    В корпусах с принудительной вентиляцией эта тяга может как улучшать характеристики системы вентиляции, так и ухудшать их при неправильном размещении вентилирующих устройств.

     

    График зависимости уд. веса воздуха от температуры показан на рис.1.

                                                    Рис.1

      Отвод тепла из корпусов РЭА осуществляется воздухом, за счет выноса проходящим потоком избыточного тепла и замещения его в корпусе более холодным внешним воздухом. Это замещение создает проходящий поток воздуха. Он возникает по естественным причинам – разности температур или соответственно разности удельных весов наружного и внутреннего воздуха.  Это естественная вентиляция.

     При значительных избытках тепла, низкой температуре наружного воздуха в корпусах РЭА без принудительной вентиляции могут осуществляться воздухообмены, достигающие нескольких десятков кубических метров в час.

      Воздушные  потоки, обеспечивающие теплообмен  могут создаваться и существовать  за счет внешнего нагнетающего (вытягивающего) электромеханического  устройства – вентилятора. Этот  вид вентиляции требует дополнительных  энергозатрат, повышает уровень шума блоков и снижает надежность конструкции РЭА.

   Конструкция корпуса  выбирается исходя из возможности  применения того или иного  вида его вентиляции.

        Например, в низко профильных корпусах отсутствует перепада высоты между центрами вентиляционных отверстий, это делает невозможным применение естественной вентиляции. В таких корпусах возможно применение только принудительной вентиляции.

Из курса физики известно, для изобарного (при постоянном давлении) процесса нагрева газа массой m, количество теплоты, полученное им – W увеличивает его температуру на Δt.

W = m•c•Δt = Lпр•ρ•с•Δt (Дж/час) [1]

     Здесь m = Lпр • ρ - это масса участвующего в охлаждении воздуха, а Lпр расход и ρ-удельный вес воздуха.

      Когда вентиляция предназначена для удаления тепла из вентилируемого объема,  объем приточного воздуха и количество отводимого тепла  определяется из выражения:

Lпр = W/(tух - tпр) ρпр С        (м3/час) [2]        или         W = Lпр *(tух - tпр) ρпр С (Дж/час),

Где: W – отводимые избытки  тепла Дж/час,

tух – температура воздуха уходящего из вентилируемого объема,

tпр –температура приточного воздуха,

ρпр – удельный вес приточного воздуха в кг/м3,

С – теплоемкость воздуха  в Дж/кг град,

Lпр – объем приточного воздуха м3/час.

или

W = Lпр *(tух - tпр) ρпр С (Вт) [2.1]

 

Где: W – отводимые избытки  тепла Вт,

tух – температура воздуха уходящего из вентилируемого объема,

tпр –температура приточного воздуха,

ρпр – удельный вес приточного воздуха в кг/м3,

С – теплоемкость воздуха  в Дж/кг град,

Lпр – объем приточного воздуха м3/сек.

Обратите внимание на размерность  в Ф.2.1 !

Естественная вентиляция.

 

 

2.1 Естественная вентиляция.

 

     Вентиляция корпусов РЭА выполненной на полупроводниковых структурах, существенно отличаются от вентиляции других радиотехнических устройств. И, прежде всего тем, что максимальная температура активных элементов (полупроводниковых структур) жестко ограничена 85 – 95°С, а это накладывает соответствующие ограничения на максимальную температуру воздуха в корпусе 55 – 65°С. Это и определяет меньший тепловой напор и соответственно эффективность работы естественной вентиляции.

     Исходя из этого, можно рекомендовать:

      Для естественной вентиляции корпусов РЭА, учитывая, что напор имеет малую величину, требуется организация путей воздухообмена. Она подразумевает прохождение воздушных потоков мимо наиболее нагретых узлов, что позволяет обеспечить эффективный съем тепла с этих узлов. Для этого необходимо обеспечить беспрепятственный (с малыми потерями напора) проход воздушных потоков.

     Корпуса для эффективной работы естественной вентиляции должны иметь вертикальный профиль и достаточную высоту.

     Точки входа и выхода охлаждающего воздуха должны быть расположены в максимально удаленных по высоте точках.

    Аэродинамическое сопротивление входного и выходного отверстий должны иметь минимальную величину.

    Исходя из больших объемов проходящего воздуха, входное отверстие должно иметь фильтр грубой очистки воздуха малого сопротивления.

     Для оценки эффективности естественной вентиляции и распределения давлений в замкнутом объеме с парой вентиляционных отверстий, расположенных как в стандартном корпусе, рассмотрим рисунки 2 и 3.

       На рисунке 2 схематически изображен корпус, у которого площадь отверстия для входа воздуха Sвх много больше площади выходного отверстия Sвых. В этом случае минимальное давление в корпусе равно внешнему, а на выходном отверстии создается некоторое избыточное давление. Такой вариант достаточно прост для расчетов и исполнения.

        На рисунке 3 схематически показан корпус площади входного и выходного отверстий, которого соизмеримы. В этом случае на входном отверстии внутри корпуса существует некоторое разрежение, на выходных избыточное давление. А в некоей области внутреннего объема корпуса существует уровень равных давлений, где давление равно давлению за пределами корпуса. Этот расчет может применяться для расчета систем вентиляции с фильтром на входе корпуса. В этом случае реальная площадь входного отверстия не только меньше площади входного отверстия, но с течением времени будет изменяться при снижении прозрачности фильтра.

                             рис 2                                                                                рис 3

 

     Рассмотрим соотношения связывающие характеристики корпуса изображенного на рис.3.

      Если температура воздуха в корпусе tв выше наружной температуры tн то вес 1 м3 воздуха в килограммах (удельный вес) внутри корпуса ρв кг/м3 будет меньше удельного веса атмосферного воздуха ρн кг/м3. Тогда вес столба воздуха высотою h1, от центра нижних открытых отверстий до плоскости равных давлений составит:

внутри корпуса – h1 •  ρв, в окружающей атмосфере – h1 •  ρн.

       Очевидно, что на уровне центра нижних отверстий создается перепад давления (разрежение), равное разности веса столбов наружного и внутреннего воздуха, а именно

H1 = h1 • ρн - h1 • ρв = h1(ρн - ρв) (кг/м2)

      Этот перепад давлений обеспечивает поступление в корпус наружного воздуха.

        Путем аналогичных рассуждений можно определить, что разность давлений на уровне центра отверстий, расположенных выше плоскости равных давлений, составит

H2 = h2 • (ρн - ρв) (кг/м2)

причем это давление направлено со стороны корпуса в сторону  окружающей атмосферы и вызывает движение воздуха из корпуса в  атмосферу.

    Таким образом, под влиянием разностей давлений возникает воздухообмен с поступлением (притоком) воздуха через нижние отверстия и удалением (вытяжкой) воздуха через верхние открытые отверстия.

      Общая величина всей располагаемой разности давлений носит название теплового напора и равна сумме давлений на уровне нижних и верхних отверстий, то есть

HT=H1 + H2 = h • (ρн - ρв) (кг/м2) [3]

      Получается тепловой напор (Нт – перепад давления создаваемое нагревом воздуха) равен произведению из разности удельных весов воздуха на вертикальное расстояние между осями (серединами) нижних и верхних отверстий. Давление создаваемое потоком нагретого воздуха пропорционально высоте h и его температуре. Обратите внимание на размерность кг/м2, это совсем не техническая атмосфера которая имеет размерность кг/см2.

      На рис.2 показано упрощенное представление «теплового напора». Его абсолютное значение равно изображенному на рис.3.

HT = h • (ρн - ρв) (кг/м2)

Зависимость плотности воздуха  от температуры приведена на рисунке 1.

 

2.2 Пример практического расчета системы

естественной  вентиляции.

 

      Рассмотрим для примера стандартный корпус компьютера «midi Tower»:

- высота между центрами  входных и выходных вентиляционных  отверстий – 0,25 м;

- температура наружного  воздуха 22 °С;

- температура воздуха  в выходном вентиляционном отверстии  корпуса 55 °C.

HT = h • (ρн - ρв) = 0,25 м (1,19 – 1,075)Кг/м3 = 0,029 Кг/м2(мм.H2O).

      Исходя из соотношения 1атм.тех= 104 кг/м2=9806 мм.вод ст. получается тепловой напор (перепад давления)  равный - HТ = 2,84 10-3 мм вод. ст.

      Скорость воздуха в вентиляционном отверстии зависит от разности давлений внутри и вне корпуса определяется из выражения:

м/сек [4]

где v - скорость воздуха в м/сек;

g - ускорение земного притяжения 9,81 м/сек2;

ρ - удельный вес наружного  воздуха в кг/м3;

∆H - разность давлений в  кг/м2.

      Объем воздуха, проходящего через вентиляционное отверстие, определяется по формуле:

L = К • V • S (м3/сек) [5]

где    L - объем воздуха  в м3/сек;

S – площадь отверстия  в м2; (Вент. 120мм Sпрох = 83,7см2 = 0,00837м2)

К - коэффициент расхода, зависящий от конструкции выходного  вентиляционного отверстия, принимаем  равным - 0,7.

     Учитывая принятую для использования конструкцию согласно рис.2 (площадь входных отверстий Sвх много больше площади выходных вентиляционных отверстий Sвых) рассчитываются только условия протока охлаждающего воздуха для выходных вентиляционных отверстий.