Группа физиков и инженеров из Харбинский технологический институт разработала методику более точного вычисления снеговой нагрузки на кровли, которая позволит повысить надёжность и безопасность зданий в холодных регионах. Результаты исследования опубликованы в журнале Physics of Fluids.
По словам специалистов, привычные модели учитывают снег как однородный материал с одинаковыми частицами, что упрощает расчёты, но не отражает реальной картины. Новая модель детализирована: она учитывает размер снежинок, турбулентность и воздействие ветра на распределение снега по поверхности крыши.
Для проверки расчётов исследователи использовали аэродинамическую трубу и частицы кремнезема различного размера, имитирующие снежинки. Выяснилось, что крупные снежинки скапливаются на крыше больше, а мелкие при сильном ветре почти полностью сдуваются. Парадоксально, что при сильном ветре влияние размеров частиц проявляется сильнее: крупные остаются на крыше, а мелкие исчезают.
Также важен размер самой крыши: большие кровли создают объёмные места для накопления снега, и глубина снежного покрова растёт. Максимальный эффект отмечен для снежинок диаметром около 0,5 мм.
Полная симуляция всех частиц разного размера требует огромных вычислительных ресурсов, поэтому учёные предложили использовать средний диаметр снежинок в смеси — это даёт достаточно точные результаты при экономии вычислений.
Распределение снега зависит от формы крыши, но базовые принципы остаются универсальными. В дальнейшем исследователи планируют изучить сложные геометрии кровель — с изгибами, склонами и перепадами, чтобы включить выводы в строительные нормы и правила расчёта снеговых нагрузок.
