Физики объяснили, как снег скапливается на крышах

Китайские физики и инженеры разработали новую методику расчёта снеговой нагрузки на крыши зданий. По мнению авторов исследования, такой подход поможет сделать проектирование сооружений в холодных регионах более безопасным и надёжным. Результаты работы опубликованы в журнале Physics of Fluids.

Специалисты Харбинского технологического института считают, что традиционные модели расчёта упрощают поведение снежных осадков. Обычно снег рассматривается как однородная масса с одинаковыми частицами, хотя в реальности снежинки имеют разный размер и форму, что влияет на их накопление на поверхности.

Разработанная модель учитывает сразу несколько факторов: влияние турбулентности воздуха, воздействие ветра на уже выпавший снег и особенности распределения осадков по поверхности крыши. Для проверки своей теории исследователи использовали аэродинамическую трубу, где частицы кремнезёма разного размера имитировали снежинки.

Эксперимент показал, что размер снежинок играет важную роль. Чем они крупнее, тем больше снега может накопиться на крыше. При сильном ветре часть осадков сдувается, поэтому глубина снежного покрова уменьшается. При этом крупные снежинки лучше удерживаются на поверхности, тогда как мелкие почти полностью уносит ветром.

Учёные также отметили, что на накопление снега влияет размер самой крыши: на больших кровлях обычно образуется более глубокий снежный слой. Максимальный эффект наблюдается при среднем диаметре снежинок около 0,5 миллиметра.

Полное моделирование поведения снежинок разных размеров требует огромных вычислительных ресурсов. Поэтому исследователи предложили упрощённый подход — использовать средний диаметр частиц, что позволяет получать достаточно точные результаты.

Хотя распределение снега может меняться в зависимости от формы крыши, основные принципы расчёта остаются универсальными. В дальнейшем учёные планируют изучить более сложные конструкции кровель — с изгибами, склонами и перепадами высот — чтобы в будущем учесть эти данные в строительных нормах и правилах расчёта снеговой нагрузки.