Как снег скапливается на крышах, пояснили физики

Фото из открытых источников

Группа китайских физиков и инженеров предложила новый способ вычисления снеговой нагрузки на крыши. Методика поможет сделать проектирование зданий в холодных регионах надежнее и безопаснее. Результатами авторы работы поделились в научном журнале Physics of Fluids.

По мнению специалистов Харбинского технологического института, привычные модели накопления снега на кровле обычно упрощают зимние осадки, сводя их до однородного материала с единым размером частиц. Но у снежинок есть естественные особенности.

Новая модель детализована, она учитывает и то, как турбулентность действует на уже выпавший снег, и как ветер «раскладывает» его по поверхности крыш. Чтобы проверить расчеты, специалисты применили аэродинамическую трубу с частицами кремнезема разного размера, которые имитировали снежинки.

Исследователи выявили закономерность: чем крупнее снежинки, тем больше снега скапливается на крыше. При высокой скорости ветра, напротив, сдувается часть осадков, что уменьшает глубину покрова. Парадокс в том, что воздействие размеров частиц усиливает именно сильный ветер: крупные снежинки лучше противостоят, а мелкие сдувает почти полностью.

Размера самой крыши тоже важен. Большие кровли – это объёмные места для накопления, да и глубина покрова растет. Максимум эффекта достигается при диаметре снежинок порядка 0,5 мм.

Моделировать поведения всех частиц разного размера при снегопаде требует колоссальных вычислительных ресурсов. Но исследователи поступили проще: при использовании среднего арифметического диаметра снежинок в смеси получаются достаточно точные результаты.

Распределение снега будет несколько меняться в зависимости от формы крыши, но базовые принципы расчётов остаются универсальными. Ученые планируют изучить более сложные геометрии кровель: с изгибами, склонами и перепадами, чтобы отразить свои выводы в строительных нормах и правилах расчета снеговых нагрузок.