Елаховский Дмитрий Вячеславович

В статье предложена корректировка методического обеспечения физического образования студентов строительной специальности за счет включения в лекционный фрагмент курса физики основ теории теплового подобия и способов его применения при анализе конвективного теплообмена, играющего важную роль в различных теплофизических явлениях. В статье рассмотрены основные положения метода подобия физических величин, обосновано его использование, а также предложена конкретная реализация данной методики.

Конвективный теплообмен играет важную роль в системах теплоснабжения зданий и обеспечения комфортных условий жизнедеятельности людей. Программа физического образования студентов-строителей не учитывает это обстоятельство, поэтому даже фрагментарное рассмотрение данной проблематики представляется полезным. В статье предложена корректировка методического обеспечения физического образования студентов строительной специальности за счет включения в лекционный фрагмент курса физических основ конвективного теплообмена с учетом их отсутствия в традиционных учебных планах и в рекомендуемой литературе. Также предложены альтернативные решения данной проблемы.

На примере одномерной теплопроводности рассмотрена возможность электротеплового моделирования при расчете температурного поля ограждения. Необходимость применения такой методики продиктована тем обстоятельством, что использование математического аппарата для решения указанной задачи требует учета начальных и граничных условий, что значительно усложняет процесс получения аналитического решения, а в ряде случаев делает его невозможным. Указанный тип моделирования тепловых процессов основан на схожести уравнений при описании тепловых и электрических процессов, что позволяет пересчитать экспериментально полученное распределение потенциалов в модели в реальное температурное поле ограждения.

Обсуждается возможность реализации методического обеспечения практического фрагмента курса общей физики за счет привлечения расчетно-графической работы, связанной с формированием климатической среды помещений различного предназначения, удовлетворяющей условиям комфортного пребывания человека. Выполнение такой работы наглядно свидетельствует о роли физических законов при проектно-конструкторских работах в строительной индустрии. Это обстоятельство способствует связи физического образования с предполагаемой профессиональной деятельностью студентов-строителей и повышает мотивационную составляющую процесса обучения.

Внедрение в программу курса общей физики элементов строительной физики с целью повышения мотивационной составляющей процесса обучения предполагает более глубокое рассмотрение физических явлений, играющих важную роль в строительстве, но выходящих за рамки традиционного курса физики. Рассмотренный нами ранее механизм теплопроводности, ответственный за теплообмен, соответствовал стационарности его реализации. Реальные условия эксплуатации зданий осуществляются при изменяющейся температуре наружного воздуха и работе отопительных систем, с учетом этого температурное поле ограждения уже не является стационарным и его расчет основан на теории нестационарной теплопроводности. Учет начальных и граничных условий значительно осложняет процесс получения аналитических решений для наиболее важных ситуаций, поэтому используются альтернативные математические методы, рассмотренные на примере одномерной модели.