4108

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Э.Г. Юматова

Компьютерное моделирование физических процессов

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям и практическим семинарам (включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы);

для обучающихся по дисциплине Б.1.В.38.02 Компьютерное моделирование физических процессов

направлению подготовки / специальности 27.03.01 Стандартизация и метрология направленность (профиль) / специализация_Стандартизация и сертификация

Нижний Новгород

2022

3

УДК 378

Юматова, Э.Г. Компьютерное моделирование физических процессов : учебнометодическое пособие / Э.Г. Юматова ; Нижегородский государственный архитектурностроительный университет. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2022. – 10 с. – Текст : электронный.

В учебно-методическом пособии рассмотрены основное содержание лекционных и практических занятий: моделирование как метод научного познания; принципы моделирования освещения; современные компьютерные программы расчета естественного и искусственного освещения; расчета нормируемых показателей освещения в процессе компьютерного моделирования при проектировании зданий. Представлены указания к выполнению самостоятельной работы и вопросы для подготовки к текущему контролю успеваемости и промежуточной аттестации, примерная тематика РГР.

Предназначено для студентов, обучающихся по основной профессиональной образовательной программе направления подготовки (специальности) 27.03.01 Стандартизация и метрология, направленность (профиль) Стандартизация и сертификация. Форма обучения – очная.

© Э.Г. Юматова, 2022 © ННГАСУ, 2022

4

Содержание

Введение

Для освоения дисциплины обучающемуся предлагается ознакомиться с программой курса,

основным и дополнительным списком рекомендуемой литературы, включающий учебники и учебные пособия по дисциплине.

В течение курса с обучающимися проводятся индивидуальные и групповые консультации по вопросам выполнения расчётно-графической и контрольных работ, а также общетеоретическим вопросам, возникающим при самостоятельной работе студентов.

Лекционные занятия проводятся с использованием традиционной, активной и интерактив-

ной форм обучения. Лекции позволяют в максимально сжатые сроки представить значительный объем структурированной информации. Лекционные материалы, как правило, имеют проблемно-

тематическую структуру. Практические занятия проводятся с использованием активных и интер-

активных форм обучения.

В соответствии с графиками учебной работы студентов проводится промежуточный итог текущего контроля успеваемости обучающихся.

По дисциплине он проводится в форме собеседования.

5

Раздел 1. Введение в дисциплину

Краткое содержание лекции 1

Общие сведения о дисциплине компьютерного моделирования физических процессов,

её истории и разделах. Моделирование как метод познания. Формализация и моделирование.

Натурные и абстрактные модели, вербальные и информационные модели, дескриптивные (описа-

тельные), оптимизационные, многокритериальные игровые и имитационные модели. Классифика-

ция моделей и их адекватность. Особенности компьютерного моделирования.

Краткое содержание практических занятий

Анализ компьютерного инструментария при расчете освещения

Раздел 2. Основы компьютерного моделирования. Исторические предпосылки

Краткое содержание лекции 2

Этапы становления научной методологии. Преднаука эпохи античности и Средневековья.

Эмпирическая методология эпохи Позднего Возрождения и теоретическая физика Нового време-

ни. Исторические этапы создания вычислительных машин.

Краткое содержание практических занятий

Анализ компьютерного инструментария при расчете освещения

Раздел 3. Математическое моделирование

Краткое содержание лекции 3

Математический анализ, интегральное и дифференциальное исчисления. Методы числен-

ного интегрирования. Понятие математической модели. Различные подходы к классификации ма-

тематических моделей. Характеристики моделируемого явления. Системный подход в научных исследованиях. Численный эксперимент и его взаимосвязь с натурным экспериментом и теорией.

Достоверность численной модели.

Краткое содержание практических занятий

Формирование расчетной схемы.

Раздел 4. Становление методологии компьютерного моделирования

Краткое содержание лекции 4

Формирование основ методологии компьютерного моделирования 1940-1950-х годов. Ме-

тод конечных элементов. Метод Монте-Карло. Методы трассировки лучей. Геометрическое моде-

лирование и компьютерная графика.

Краткое содержание практических занятий

Инструменты программы SUPERLITE 2.0

6

Раздел 5. Основы светотехники

Краткое содержание лекции 5

Общие сведения о строительной светотехнике. Свет, его природа и физические свойства.

Измерение света, фотометрические величины и единицы их измерения. Основные законы фото-

метрии.

Краткое содержание практических занятий

Расчет искусственного и наружного освещения. Ввод исходных данных

Раздел 6. Естественное и искусственное освещение

Краткое содержание лекции 6

Источники искусственного света, осветительные приборы и установки. Основные фотомет-

рические характеристики источников искусственного света, кривая силы света (КСС). Нормиро-

вание и расчет искусственного и наружного освещения. Системы естественного освещения зда-

ний. Коэффициент естественной освещенности, его нормирование и расчет. Закономерности рас-

пределения КЕО в помещениях зданий. Методы расчета КЕО.

Краткое содержание практических занятий

Методы расчета КЕО

Раздел 7. Компьютерное моделирование в светотехнических расчетах

Краткое содержание лекций 7-8

Компьютерные программы, средства и пакеты моделирования освещения. Программа рас-

чета естественного освещения SUPERLITE 2.0. Пакеты расчета освещения Radiance и Desktop Radiance. Программа расчета освещения AGi32. Программа расчета искусственного освещения

DIALux. Расчет естественного освещения в программе SUPERLITE 2.0. Формат ввода исходных данных. Формат вывода результатов расчета. Использование расчетных данных для построения графиков распределения величины КЕО в помещениях зданий.

Краткое содержание практических занятий

Построение расчетных графиков. Оформление результатов расчета. Расчет освещения в программе SUPERLITE 2.0

Раздел 8. Примерная тематика РГР

-Расчет естественного освещения офисного помещения

-Расчет естественного и искусственного освещения здания детского сада

-Расчет искусственного освещения здания автовокзала

7

Раздел 9. Самостоятельная работа

Содержание и объем самостоятельной работы обучающегося

Раздел 10. Вопросы и задания для самостоятельной подготовки

Таблица 11.1. Перечень оценочных материалов для проведения текущего контроля успеваемости

Основы компьютерного моделирования

8

Проиллюстрируйте основные виды источников искусственного освещения и средств измерения их показателей.

Перечислите основные виды источников наружного освещения.

Кто является (и кто считается) основателем фотометрии?

В чем отличие эмпирического и теоретического методов расчета?

Какие методы расчета освещения использовались в первой половине 20 века? Почему?

Благодаря каким научным исследованиям появились методы компьютерного расчета освещения? Проиллюстрируйте архаичные виды систем естественного освещения.

Проиллюстрируйте наиболее современные виды систем естественного освещения.

Проиллюстрируйте системы естественного освещения, применяемые в промышленных зданиях. Перечислите материалы, использовавшиеся для заполнения световых проемов.

Компьютерное моделирование в светотехнических расчетах

1 Устный опрос. Контрольная работа ПК-1.4, ПК-1.9

Какие методы математического и компьютерного моделирования применяются в компьютерных программах расчета освещения?

Почему возникла необходимость в создании расчетной величины КЕО? В каких расчетах используется КЕО?

Для чего необходимо нормирование освещения? Что такое зрительная работа? Чем отличается зрительная работа различных разрядов?

Важно ли учитывать отраженную составляющую освещения? Почему?

Что показывает кривая относительной чувствительности человеческого глаза (функция видности глаза)? Каким длинам волн соответствуют максимум и минимум чувствительности человеческого глаза?

9

Таблица 11.2. Перечень оценочных материалов для проведения промежуточной аттестации

1.Вытчиков Ю. С.. Физика среды и ограждающих конструкций : Учебное пособие. / Вытчиков Ю. С., Зотов Ю. Н., Сапарев М. Е. ; Ю. С. Вытчиков, Ю. Н. Зотов, М. Е. Сапарев. – Самара : Самарский государственный технический университет, ЭБС АСВ, 2016. – 224 с. – URL: URL: http://www.iprbookshop.ru/83604.html. – ISBN ISBN 978-5-9585-0709-2.

2.Головкина М. В.. История и методология фотоники и оптоинформатики : Учебное пособие. / Головкина М. В. ; М. В. Головкина. – Самара : Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2017. – 100 с. – URL: URL: http://www.iprbookshop.ru/75378.html.

3.Гусев Николай Михайлович. Строительная физика : Учеб. пособие для студентов архитектурных вузов и фак.. / Гусев Николай Михайлович, Климов Павел Петрович ; Москва : Стройиздат, 1965. – 227 с.

4.Склярова Е. А.. Компьютерное моделирование физических явлений : Учебное пособие. / Склярова Е. А., Малютин В. М. ; Склярова Е. А.. – Томск : Томский политехнический университет,

2012. – 152 с. – URL: URL: http://www.iprbookshop.ru/34668.html. – ISBN ISBN 978-5-4387-0119-4.

5.Тупик Н. В.. Компьютерное моделирование : Учебное пособие. / Тупик Н. В. ; Тупик Н. В.. – Саратов : Вузовское образование, 2013. – 230 с. – URL: URL: http://www.iprbookshop.ru/13016.html.

Методические материалы по дисциплине

1. Зимнович Илья Александрович. Компьютерное моделирование физических процессов : учеб.- метод. пособие по выполнению расч.-граф. работы для обучающихся по дисциплине "Компьютер. моделирование физ. процессов" по направлению подгот. 27.03.01 "Стандартизация и метрология", профиль "Стандартизация и сертификация". / Зимнович Илья Александрович ; Нижегор. гос. ар- хит.-строит. ун-т. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2016. – 1 CD ROM.

Перечень иных общедоступных ресурсов сети «Интернет»

1.Сайт о расчете инсоляции и освещения: http://www.bakharev.org.

2.Сайт журнала «Светотехника»: http://www.sveto-tekhnika.ru.

3.Сайт производителя светотехнического оборудования, компании Philips: http://www.lighting.philips.ru/

4.Сайт учебных и методических материалов: http://www.twirpx.com.

5.Информационная система «СтройКонсультант».