Ветровая техника

редактировать

Ветровая техника - это подмножество машиностроение, строительное проектирование, метеорология и прикладная физика, которая анализирует эффекты ветра в естественной и искусственной среде и изучает возможные повреждения, неудобства или выгоды, которые могут возникнуть из-за ветра. В области техники это включает в себя сильные ветры, которые могут вызывать дискомфорт, а также сильные ветры, такие как торнадо, ураган или сильный шторм, что может вызвать обширные разрушения. В областях энергии ветра и загрязнения воздуха сюда также входят слабые и умеренные ветры, поскольку они имеют отношение к производству электроэнергии и рассеиванию загрязняющих веществ.

Ветроэнергетика опирается на метеорологию, гидродинамику, механику, географические информационные системы и ряд специалистов инженерные дисциплины, в том числе аэродинамика и структурная динамика. Используемые инструменты включают модели атмосферы, пограничный слой атмосферы аэродинамические трубы и модели вычислительной гидродинамики.

Ветроэнергетика включает, среди прочего:

Воздействие ветра на конструкции (здания, мосты, башни)
Ветер комфорт около зданий
Воздействие ветра на вентиляцию система в здании
Ветровой климат для энергии ветра
Загрязнение воздуха вблизи зданий

Инженеры-строители могут рассматривать ветроэнергетику как тесно связанную с сейсмостойкостью и взрывозащита.

Некоторые спортивные стадионы, такие как Candlestick Park и Arthur Ashe Stadium, известны своими сильными, иногда резкими ветрами, которые влияют на условия игры.

Содержание

1 История
2 Ветровые нагрузки на здания
3 Ветровой комфорт
4 Ветровые турбины
5 Значение
6 См. Также
7 Ссылки
8 Внешние links

История

Ветровая инженерия как отдельная дисциплина прослеживается в Великобритании в 1960-х годах, когда неофициальные встречи проводились в Национальной физической лаборатории, Исследовательском центре строительства и в другом месте. Термин «ветроэнергетика» был впервые введен в употребление в 1970 году. Алан Гарнетт Дэвенпорт был одним из самых выдающихся участников развития ветроэнергетики. Он хорошо известен разработкой ветровой цепи Алана Давенпорта или коротко «ветровой цепи», которая описывает, как различные компоненты влияют на конечную нагрузку, рассчитанную на конструкцию.

Ветровые нагрузки на здания

При проектировании зданий необходимо учитывать ветровые нагрузки, на которые влияет сдвиг ветра. Для инженерных целей профиль скорости ветра по степенному закону может быть определен как:

vz = vg ⋅ (zzg) 1 α, 0 < z < z g {\displaystyle \ v_{z}=v_{g}\cdot \left({\frac {z}{z_{g}}}\right)^{\frac {1}{\alpha }},0

\ v_ {z} = v_ {g} \ cdot \ left ({\ frac {z} {z_ { g}}} \ right) ^ {{\ frac {1} {\ alpha}}}, 0 <z <z_ {g}

где:

vz {\ displaystyle \ v_ {z}}

\ v_ {z}

= скорость ветра на высоте

z {\ displaystyle \ z}

\ z

vg {\ displaystyle \ v_ {g}}

\ v_ {g}

= градиент ветра на высоте градиента

zg {\ displaystyle \ z_ {g}}

\ z_ {g}

α {\ displaystyle \ \ alpha}

\ \ alpha

= экспоненциальный коэффициент

. Обычно здания спроектированы таким образом, чтобы противостоять сильному ветру с очень длительным периодом повторяемости, например как 50 лет и более. Расчетная скорость ветра определяется на основе исторических данных с использованием теории экстремальных значений для прогнозирования экстремальных скоростей ветра в будущем. Скорость ветра обычно рассчитывается на основе некоторых региональных стандартов или стандартов проектирования. Стандарты проектирования ветровых нагрузок на здания включают:

AS 1170.2 для Австралии
EN 1991-1-4 для Европы
NBC для Канады

Ветровой комфорт

Появление многоэтажных многоэтажных домов вызвало опасения по поводу ветровой нагрузки, причиняемой этими зданиями пешеходам в их окрестностях.

С 1971 года был разработан ряд критериев ветровой комфортности и ветровой опасности, основанных на различных действиях пешеходов, таких как:

Сидение в течение длительного периода времени
Сидение в течение короткого периода времени
Прогулка
Быстрая ходьба

По другим критериям ветровая среда классифицируется как совершенно неприемлемая или опасная.

Геометрия здания, состоящего из одного и двух прямоугольных зданий, имеет ряд хорошо известных эффектов:

Угловые потоки, также известные как угловые струи, по углам зданий
Сквозные потоки, также известная как проходная струя, в любом проходе через здание или небольшом зазоре между двумя зданиями из-за короткого замыкания под давлением
Вихревое распространение вслед за зданиями

Для более сложных геометрических форм, комфорт пешехода от ветра необходимы исследования. Они могут использовать соответствующим образом масштабированную модель в пограничном слое аэродинамической трубы, или, в последнее время, использование методов вычислительной гидродинамики расширилось. Скорости ветра на уровне пешеходов для заданной вероятности превышения рассчитываются, чтобы учесть региональную статистику скорости ветра.

Вертикальный профиль ветра, используемый в этих исследованиях, варьируется в зависимости от местности в непосредственной близости от зданий (которая может отличаться на направление ветра), и часто группируется по категориям, например:

Открытая открытая местность с небольшим количеством препятствий или без них и водные поверхности при пригодных для эксплуатации скоростях ветра
Водные поверхности, открытая местность, луга с небольшим количеством, хорошо- рассеянные препятствия высотой обычно от 1,5 до 10 м
Рельеф с множеством близко расположенных препятствий высотой от 3 до 5 м, например участки загородной застройки
Рельеф с множеством больших, высоких (от 10 до 30 м высотой) и близко расположенные препятствия, такие как центры крупных городов и хорошо развитые промышленные комплексы

Ветровые турбины

Ветровые турбины подвержены сдвигу ветра. Вертикальные профили скорости ветра приводят к разным скоростям ветра у лопастей, ближайших к уровню земли, по сравнению с теми, которые находятся на вершине хода лопастей, и это, в свою очередь, влияет на работу турбины. Градиент ветра может создавать большой изгибающий момент в валу двухлопастной турбины, когда лопасти находятся в вертикальном положении. Уменьшение градиента ветра над водой означает, что на мелководье можно использовать более короткие и менее дорогие башни ветряных турбин.

Для ветроэнергетики изменение скорости ветра с высотой часто аппроксимируется степенным законом:

vw ( h) = vref ⋅ (hhref) a {\ displaystyle \ v_ {w} (h) = v_ {ref} \ cdot \ left ({\ frac {h} {h_ {ref}}} \ right) ^ {a} }

\ v_ {w} (h) = v _ {{ref}} \ cdot \ left ({\ frac {h} {h _ {{ref}}}} \ right) ^ {a}

где:

vw (h) {\ displaystyle \ v_ {w} (h)}

\ v_ {w} (h)

= скорость ветра на высоте

h {\ displaystyle h}

h

[м / с]

vref {\ displaystyle \ v_ {ref}}

\ v _ {{ref}}

= скорость ветра на некоторой контрольной высоте

href {\ displaystyle h_ {ref}}

h _ {{ref} }

[м / с]

a {\ displaystyle \ a}

\ a

= показатель Хеллмана (он же степенной показатель или показатель сдвига) (~ = 1/7 в нейтральном потоке, но может быть>1)

Значение

Знания ветроэнергетики используются для анализа и проектирования всех высотных зданий, кабельных- подвесных мостов и вантовые мосты, опоры электропередачи и телеком башни связи и все другие типы башен и дымовых труб. Ветровая нагрузка является доминирующей нагрузкой при анализе многих высотных зданий, поэтому ветроэнергетика имеет важное значение для их анализа и проектирования. Опять же, ветровая нагрузка является доминирующей нагрузкой при анализе и проектировании всех длиннопролетных кабельных мостов.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Базовая карта скорости ветра (США)
Калькулятор ветровой нагрузки (процедура конверта)
«Как высокие здания укрощают Ветер ". Модель B1M. 12 сентября 2018 г. - через YouTube.