10716
.pdf
5. Вычисляем мощность излучения прямой радиации на наклонную поверхность для:
а) 21 июня:
;
б) 21 декабря:
Этап 3. Рассчитываем оптимальный угол наклона приемника солнечной энергии для летнего (с 1 июня по 31 августа), зимнего (с декабря по 28 февраля) и переходного (с 1 сентября по 30 ноября) периода.
1. Определяем угол солнечного склонения по формуле Купера:
, |
(3) |
где – порядковый номер дня в году. |
|
а) для летнего периода: |
|
1 июня: |
; |
31 августа: |
. |
б) для зимнего периода: |
|
1 декабря: |
; |
28 февраля: |
. |
б) для переходного периода: |
|
1 сентября: |
; |
30 ноября: |
. |
2. Определяем среднее значение угла склонения: |
|
а) для летнего периода: |
; |
б) для зимнего периода: |
; |
в) для переходного периода: |
. |
3. Определяем оптимальный угол наклона приемника солнечной энергии в г. Севастополе, установленного на кровле пожарного депо:
а) с 1 июня по 31 августа: |
; |
б) с 1 декабря по 28 февраля: |
; |
в) с 1 сентября по 30 ноября: |
. |
280
Применение уточненной методики определения оптимального угла наклона приемника солнечной энергии позволяет повысить достоверность расчетов до 26%, что позволяет повысить точность расчетов и подбора оборудования систем теплоснабжения с солнечными коллекторами.
Литература
1.Даффи Дж. А., Бекман У.А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. – М.: Мир, 1977. – 420 с.: ил.
2.Сиворакша В.Ю., Марков В.Л., Петров Б.Е., Золотько К.Е., Стеценко Н.Н. Тепловые расчеты гелиосистем. – Днепропетровск: Издательство Днепропетровского университета, 2003. – 89 с.: ил.
Славинская М.М., Чистякова Н.В.
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»
ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ В СОЗДАНИИ ОПТИЧЕСКИХ ИЛЛЮЗИЙ
Организация пространства с использованием геометрических свойств и зрительного восприятия поможет популяризовать науку среди разных слоев населения. Таким образом научная нагрузка может соединяться с игрой или экспериментами для наиболее простого восприятия.
Методы научного исследования, применявшиеся при работе: Теоретические: Изучение и обобщение; Анализ и синтез; Дедукция. Практические: Эксперимент; Измерение; Описание.
Ярким примером использования эффекта перспективы является Королевская лестница («Скала реджа») в Ватикане. Джованни Лоренцо Бернини за счет усиления перспективы заставляет думать, что фигура Папы в начале лестницы огромна по сравнению с людьми, стоящими внизу. Это подчёркивает его величие, превосходство и усиливает воздействие на публику.
Цель работы состоит в том, чтобы спроектировать и реализовать надпись «КВАРКИ» со зрительно одинаковой высотой букв для комнаты Эймса, а также сделать перспективную разбивку на зрительно равные участки пола и потолка комнаты
Таким образом, главным объектом исследования становится комната Эймса, предмет которой напрямую связан с разделом начертательной геометрии – перспектива.
281
Исследование имеет ярко выраженную прикладную ценность, так как его результаты будут задействованы в научно-развлекательном музее. Данные, полученные во время работы, могут быть использованы в дальнейшем и для различных архитектурных объектов или малых форм, направленных на зрительное воздействие.
Изучение механизма работы комнаты
Впервые Комната Эймса была сконструирована американским офтальмологом, психологом и физиком Альбертом Эймсом-младшим в
1935 году.
На рис. 1 показано, как выглядит комната Эймса при разглядывании через глазок. Предметы, находящиеся в разных углах комнаты, кажутся невозможно разными по размеру.
Рис. 1. Схема устройства комнаты.
Необходимый эффект достигается за счет конструкции комнаты и устройства человеческого зрения. Её пол – трапеция и положен с наклоном к дальнему углу, правый угол находится примерно вдвое ближе левого, поэтому возникает перспективное искажение объекта. Но точка наблюдения за комнатой фиксирована, поэтому мы не можем использовать параллакс для сравнения скорости движения изображений объектов при изменении положения головы. Так же она выбрана в так, что лучи, идущие в эту точку из четырёх углов задней стены, сходятся под такими же углами друг к другу, как в прямоугольной комнате, поэтому наш мозг воспринимает расстояния до объектов как одинаковые. Использование глазка исключает стереопсис, то есть сравнение изображений, полученных с двух разных глаз.
Проектирование перспективного изображения
Сначала определяется положение зрителя для построения перспективного изображения надписи. Для этого используется положение глазка в стене комнаты, который находится на том же расстоянии от меньшей стены, что и точка пересечения диагоналей прямоугольной трапеции (пола).
282
Рис. 2. Чертеж надписи
Рассчитывается расстояние от глазка до картинной плоскости (стены с надписью)
Строится картинная плоскость под углом 33° к горизонтали. Этот угол был получен исходя из измерений сторон прямоугольной трапеции пола.
Находится точка фокуса F через пересечение картинной плоскости и линии, параллельной надписи. Второй фокус не потребуется, так как искомое изображение – плоскостное.
Располагается надпись таким образом, чтобы на картинную плоскость она проецировалась с отступом слева 52см и справа 140см. Чертится необходимый отрезок, делится на 6 равных частей с интервалами между буквами. Отмечается толщина букв. Все это переносится на картинную плоскость. Высота первой буквы будет составлять 50.5 см. Ее можно отложить в истинную величину на картинной плоскости. Концы отрезка соединяются с найденным фокусом, образуя верхнюю и нижнюю границы надписи. Толщина букв и интервал перенесены, можно начертить буквы.
Необходимо также разбить плоскость пола и потолка на перспективную сетку. Для этого одно из оснований трапеции пола делится на 4 равные части. Каждая точка соединяется с точкой пересечения боковых сторон трапеции. На втором основании трапеции тоже должны получится равные отрезки. (коэффициент перспективного искажения)
Заключение
Таким образом учитывая особенности перспективного изображения, можно создавать архитектурные формы, имеющие значительное влияние на зрителя путем воздействия на его восприятие.
283
Рис. 3.
Данный опыт был применен на практике и использован в качестве экспоната в современном музее науки «Кварки» в Нижнем Новгороде.
Исследование имеет ярко выраженную прикладную ценность, так как его результаты будут задействованы в научно-развлекательном музее. Данные, полученные во время работы, могут быть использованы в дальнейшем и для различных архитектурных объектов или малых форм, направленных на зрительное воздействие.
Литература
1.Фролов, С. А. Начертательная геометрия [Справочное пособие]/ С. А. Фролов. – М.: Машиностроение, 1983. – 240 с.
2.Гордон, В. О. Курс начертательной геометрии [Справочное пособие]/ М.А. Семенцов-Огиевский – М.: Наука, 1973. – 340 с.
3.Кроев, Ю. И. Начертательная геометрия [Учебное пособие]/ Ю. И.
Кроев. – М.: Кнорус, 2011. – 260с.
4.Винницкий, И. Г. Начертательная геометрия: Учебник для вузов [Учебное пособие]/ И.Г. Винницкий. М.: Высшая школа, 1975. – 280с.
5.Швайгер, А. М. Начертательная геометрия. Инженерная графика [Учебное пособие]/ А. М. Швайгер. Ч.: ЮУрГУ, 2002. – 350с.
6.Комната Эймса [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki
7.Аткинсон Р.Л, Аткинсон Р.С, Смит Э.Е, Бем Д. Дж. и др. Введение
впсихологию [Учебное пособие] / 2007. – 816 с.
8.Квантик [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://kvantik12.livejournal.com/54212.html
284
Симановский Д.В., Иванов В.А., Марычев М.О., Николов В.С.
ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
КРИСТАЛЛЫ Ca1,75Li0,3GeO4. ВЫРАЩИВАНИЕ И СПЕКТР ФОТОЛЮМЕНИСЦЕНЦИИ.
Известно, что кристаллы Li2CaGeO4 в настоящее время являются одними из наиболее перспективных соединений для использования в LED устройствах. Эмиссионный спектр кристаллов Li2CaGeO4, допированных некоторыми редкоземельными ионами, характеризуется яркими линиями на длинах волн 473 нм, 485 нм и 575 нм [1,2]. Целью нашей работы является выращивание монокристаллов Ca2-xLi2xGeO4, пригодных для изучения их оптических свойств.
Рис. 1. Фотография кристаллов Ca2-xLi2xGeO4, выращенных методом спонтанной кристаллизации
Кристаллы Ca2-xLi2xGeO4 выращивались из высокотемпературного раствора (flux-метод) в двухзонной высокотемпературной печи Crysten M с программируемым термоконтроллером. Кристаллы выращивалась методом спонтанной кристаллизации на узкой платиновой палочке в цилиндрическом тигле диаметром 5 см и высотой 5 см. Масса высокотемпературного раствора составляла 150 г. В течение всего времени роста (6 суток) происходило равномерное вращение платиновой палочки. В процессе роста температура нелинейно снижалась на 20 градусов. По прошествии указанного времени на палочке образовалась друза, состоящая из нескольких кристаллов с размерами около 1 см (см. рис. 1).
285
Рис. 2. Фотография кристаллов Ca2-xLi2xGeO4, выращенных с использованием затравочных кристаллов
При следующих выращиваниях ранее полученные образцы кристаллов использовались в качестве затравок. Так же длительность процесса роста была увеличена до 7 суток, температура нелинейно снижалась на 15 градусов. Максимум измеренного спектра фотолюминесценции образцов монокристаллов Ca1,85Li0,3GeO4 расположен на длине волны 1222 нм, что соответствует ионам хрома с степенью окисления 4+. Таким образом, полученный кристалл представляется перспективным для использования в твердотельных лазерах диапазона 1,1
– 1,6 мкм.
Литература
1.Meng Jian-Xin, YangChuang-Tao, ChenQing-Qing // J. Lumin. V. 130 Issue 7 (2010) 1320-1323. DOI: 10.1016/j.jlumin.2010.02.047
2.I.V. Berezovskaya at al // Ceram. Int. V. 39 Issue 6 (2013) 6835-6840. DOI: 10.1016/j.ceramint.2013.02.015
3.V.A. Ivanov, D.V. Simanovskiy, M.O. Marychev, P.V. Andreev, I. Koseva, P. Tzvetkov, V. Nikolov //Journal of Non-Crystalline Solids Volume 456, 15 January 2017, Pages 76–82
286
Тягунова Л.Ю.
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ФУНДАМЕНТА ИЗ ЭКСТРУДИРОВАННОГО ПЕНОПОЛИСТИРОЛА НА ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ОСНОВАНИЯ ЗДАНИЯ В ДЛИТЕЛЬНОМ ПЕРИОДЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Необходимость утепления, расположенных под землей, несущих конструкций здания обусловлена такими факторами как:
снижение морозного вспучивания;
уменьшение теплопотерь.
Рис.1. Влияние сил морозного пучения на фундамент.
Силы пучения отсутствуют только в грунтах, которые не содержат глину. В суглинках, супесях, песках пылеватых высокий процент содержания глины, которая набухает от избыточной влаги. Кроме того, возможно неодинаковое увеличение объемов на рядом расположенных участках, даже в отсутствие морозов.
Малозаглубленные фундаменты выталкиваются из грунта на поверхность, ленточные фундаменты глубокого заложения выдергиваются касательными усилиями, столбчатые фундаменты опрокидываются. Снизить силы пучения до приемлемого уровня можно, сохранив геотермальное тепло недр теплоизоляционными материалами.
Если снаружи укрыть фундамент непрерывным слоем теплоизоляционного материала, то можно снизить потери тепла через конструкции здания, примыкающие к нему. Так же необходимо утеплять отмостки ленточных, столбчатых и плитных фундаментов, чтобы увеличить периметр пространства, в котором даже в самые сильные морозы сохраняется положительная температура почвы.
287
Таким образом, утепляются:
бетонные конструкции для снижения теплопотерь;
грунты, прилегающие к фундаменту, для уменьшения
вспучивания.
Моделирование влияния теплоизоляции фундамента на температурный режим основания здания в длительном периоде эксплуатации производим в программном комплексе «Tube» v.1.0.
Разрабатывается прогнозная математическая модель температурного режима грунтового массива для прогноза формирования ореола оттаивания температурного поля вокруг фундамента.
Прогнозная модель включает в себя:
физическую модель теплопереноса в грунтовом массиве;
математическую модель теплопереноса в грунтовом массиве;
численную модель теплопереноса в грунтовом массиве;
алгоритм численного решения (методом конечных разностей) задачи в двумерной постановке.
Применение прогнозной модели позволяет получать температурные поля (профили) и ореолы оттаивания в вертикальных поперечных сечениях грунтового массива. Можно оценить полученные температурные профили на различные моменты времени прогноза с учётом природноклиматических особенностей района строительства, различных режимов и продолжительности эксплуатации фундамента.
Материалы, слагающие грунтовые сооружения являются сложной средой, в которой перенос тепла осуществляется всеми видами теплообмена (кондуктивным, конвективным и лучистым).
Математическая формулировка этих процессов весьма сложна[1]. Для её упрощения в теплотехнических расчётах земляных сооружений обычно вводят следующие предпосылки [3]:
поры грунта ниже уровня грунтовой воды насыщены влагой полностью;
под влиянием градиента температуры отсутствует миграция влаги;
вода совершает только вынужденное движение;
межфазовый теплообмен не учитывается;
при движении воды тепло межфазового трения настолько мало, что им можно пренебречь;
в грунте отсутствует движение воды, если он находится при температуре ниже температуры замерзания воды;
теплообмен, связанный с подтягиванием воды из талого грунта к границе замерзания под действием градиента влажности, не учитывается.
288
Т.к. из рассмотрения исключаются лишь те процессы теплопереноса и массопереноса, которые вносят незначительный вклад в формирование теплового режима грунтовых сооружений, эти предпосылки являются вполне оправданными. В результате температурный режим грунтового массива формируется, в основном, под влиянием факторов кондуктивного теплопереноса и процессов фазовых превращений поровой влаги – таяния льда и замерзания воды в порах грунтовых материалов.
В том числе, при моделировании влияния теплоизоляции фундамента на температурный режим основания в программном комплексе “Tube” v.1.0, нужно приблизить расчетную схему максимально близко к реальным условиям строительства. Для этого требуется задать краевые условия, которые назначаются для расчетов полей температуры в массиве грунта.
Многообразие физических величин, определяющих температурный режим массива, и наличие как внешних, так и внутренних границ в его теле осложняет назначение краевых условий. Тем не менее, их назначение должно производиться с использованием как можно большего количества достоверных натурных данных, ибо от этого зависит достоверность результатов расчета. Начальное температурное состояние принимается по данным натурных наблюдений в термоскважинах или по результатам предварительного теплотехнического прогноза.
Для расчетов температурных полей и ореолов оттаивания вокруг фундамента назначается расчетная область вмещающего фундамент грунтового массива. При этом, размеры расчетного пространства назначаются с таким расчетом, чтобы тепловое влияние фундамента в процессе расчетов на боковых и нижней границах расчетной области было бы минимальным.
По результатам расчетов, произведенным в программном комплексе “Tube” v.1.0 получаем температурные поля и ореолы оттаивания в вертикальных поперечных сечениях грунтового массива, которые позволяют оценить изменение температур, происходящих в грунтовом массиве за заданный промежуток времени ежемесячно.
Данные расчеты помогут оценить и сделать выводы о целесообразности использования теплоизоляции фундамента, а также рассчитать габариты утеплителя, требующегося для утепления того или иного фундамента с учётом природно-климатических особенностей района строительства, различных режимов и продолжительности эксплуатации фундамента.
289