一種兼具防風(fēng)防雨功能的自動(dòng)關(guān)窗設(shè)計(jì)說明(編輯修改稿)
2025-05-04 22:36 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 末狀態(tài)，滑軌上的位移是比較 小的。因此設(shè)想可以在自動(dòng)上閂裝置或窗框上加裝磁性物質(zhì)（圖中未畫出），當(dāng)窗戶接近窗框時(shí)，可以以磁力作為補(bǔ)充動(dòng)力；二、借用下雨關(guān)窗的阻礙裝置（）。 理論論證：經(jīng)過查閱資料，與之相關(guān)的物理方程大概有：風(fēng)能方程：E=1/2（ρts v3）ρ——空氣密度（kg/m179。）； v——風(fēng)速（m/ s）；t——時(shí)間（s）；S——截面面積（m178。）。風(fēng)力計(jì)算公式：F=P*v178。*A F——風(fēng)力；P——為空氣密度，單位kg/m179。 ，；v——為空氣流速，單位m/s；A——為迎風(fēng)面積，單位m178。；風(fēng)壓計(jì)算公式：Wp=v2/Wp——風(fēng)壓N/ m178。（Pa）；v——風(fēng)速（m/ s）； m/ s。 m/ s 。風(fēng)速達(dá)到這個(gè)等級時(shí)有關(guān)窗的必要。事實(shí)上，風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)作用面積等條件都是極其復(fù)雜且時(shí)刻變化的，幾乎不可能進(jìn)行定量分析，只能在建立物理模型、定性計(jì)算和實(shí)驗(yàn)觀察的基礎(chǔ)上，大致估計(jì)風(fēng)的作用效果能基本上滿足關(guān)窗的需求。上文提到，PVC塑料窗開關(guān)力的國標(biāo)最小為30N。在此做簡化處理，假設(shè)普通窗型關(guān)窗外力所做最小功在同等情況下約為W=F*2πl(wèi)*1/4≈有公式：dA=F*drF=Wp*SE=1/2（ρts v3）查閱資料得，25℃時(shí)干燥空氣密度ρ=，窗戶高h(yuǎn)=,寬l=。對于普通的平開窗，在相同的參數(shù)條件下，理想狀態(tài)下大致有以下積分公式：W=0πl(wèi)4Fds=*hl*l2(cosθ)2dθ代入W=，得：v=≈ m/ s即六級風(fēng)的水平，風(fēng)速較大。此結(jié)果大致滿足實(shí)驗(yàn)觀察的結(jié)果。事實(shí)上關(guān)閉窗戶的幾何模型可以簡化為一個(gè)剛體棒繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的過程，在轉(zhuǎn)動(dòng)中會有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J。普通窗型的轉(zhuǎn)動(dòng)為繞邊緣轉(zhuǎn)動(dòng)，JD=13ml2。力矩還需克服轉(zhuǎn)動(dòng)慣量使得窗戶轉(zhuǎn)動(dòng)。新窗型相對于普通窗型而言，其受力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)更加復(fù)雜。我們將新窗型的幾何模型簡化為一個(gè)剛體棒繞中心運(yùn)動(dòng)的過程，此運(yùn)動(dòng)實(shí)際包括平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JC=112ml2。由于質(zhì)心位于中點(diǎn)處，所以轉(zhuǎn)動(dòng)為繞中心的轉(zhuǎn)動(dòng)，J相比繞邊緣轉(zhuǎn)動(dòng)較小，相對比較容易驅(qū)動(dòng)。但此剛體受外力效果不同于普通窗型。由于是繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)，所以風(fēng)力作用在中心前部和后部的效果實(shí)際上相互抵消的。由流體力學(xué)可得，當(dāng)可看成流體的低速空氣流動(dòng)作用于一個(gè)平板上時(shí)，由于流體的黏性，存在一個(gè)附面層，使得越靠近平板氣流速度越低。雖然此附面層在平板水平上幾乎可以忽略，但是在宏觀上，作用于墻體表面的風(fēng)力也可套用此模型，而且墻體表面粗糙，越靠近墻體風(fēng)速會有一個(gè)明顯的下降；且窗戶最里端實(shí)際上位于墻體以內(nèi)，流體在這個(gè)厚度差內(nèi)會形成紊流層，使得風(fēng)力作用不集中，作用力明顯減小。綜合效果使得作用在窗戶前部的力大，在窗戶后部的力相對小，使得抵消后力的效果不為零。但抵消后力的作用效果會有下降，這對風(fēng)力而言是種浪費(fèi)，且基于這種模型無法解決。尤其是到觀察得到的中軸線三分之一處以內(nèi)時(shí)，作用于中心前后的力幾乎相等，動(dòng)力基本消失；窗戶的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)只能依靠慣性，而這是不可靠的。此外，由模型可分析得到：由于角速度ω的增大，水平方向上的加速度ax會減小；在ax=0時(shí)即F=max=0，即質(zhì)心會有脫離中心軸線的趨勢。在理想無阻力的情況下，質(zhì)心在下落到原高度三分之二時(shí)會有這個(gè)趨勢；各種阻力的存在延緩了速度的增大，即增大了脫離時(shí)的下落距離，延緩了此趨勢，但并不能解決這個(gè)趨勢。因此必須考慮在這個(gè)趨勢出現(xiàn)前依靠另外的動(dòng)力直接作用于窗戶最里端，將窗戶拉回關(guān)閉位置。通過對滑軌摩擦阻力的設(shè)計(jì)，可以使窗戶在難以繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)刻盡可能不受阻力；同時(shí)理論計(jì)算是從窗戶垂直開啟的時(shí)刻計(jì)算，但在實(shí)際應(yīng)用中很少出現(xiàn)這種情況，因此一般所需風(fēng)速會低于計(jì)算值，但不會低很多?？偟膩碚f，依靠風(fēng)力可以開啟關(guān)窗過程，但窗型設(shè)計(jì)上的種種原因限制了風(fēng)力，使其若想滿足關(guān)窗需求需要更大的風(fēng)速。而普通窗型的關(guān)窗風(fēng)速理論值已經(jīng)很大，繼續(xù)增大的話不易獲得，而且也不安全，違反了設(shè)計(jì)的初衷。因此需要依靠風(fēng)力和其他的動(dòng)力來共同關(guān)窗。 防水： 原理：防水的基本原理較為簡單，即：一直存在一個(gè)可能使窗戶回關(guān)的力，但因一直有阻礙 力存在而未能施行；下雨后因受潮狀態(tài)改變導(dǎo)致阻礙力消失，回關(guān)力發(fā)揮作用，關(guān)上窗戶。 具體設(shè)計(jì)：為避免與防風(fēng)原理發(fā)生沖突，在我們的設(shè)計(jì)中此阻礙力實(shí)際為一種狀態(tài)，即繩子虛浮的狀態(tài)，此時(shí)回關(guān)力為系于繩子一端的重物的重力。重物因被托住導(dǎo)致繩子虛浮，此時(shí)不影響窗戶因風(fēng)力作用關(guān)閉。當(dāng)受潮時(shí)，托住重物的力消失，砝碼下落，繩子繃直，回關(guān)力發(fā)
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