Свойства ветра

stribogВетер – это направленное перемещение воздушных масс. Ветровую энергию можно рассматривать как одну из форм проявления солнечной энергии, потому что Солнце является тем первоисточником, которое влияет на погодные явления Земли. Ветер возникает из-за неравномерного нагрева Солнцем поверхности Земли. Поверхность воды и территории, закрытые облаками, нагреваются гораздо медленнее; соответственно, поверхность земли, доступна для солнечного излучения, нагревается быстрее. Воздух, находящийся над нагретой поверхностью, нагревается и поднимается вверх, создавая области пониженного давления. Воздух из зон повышенного давления (холодный воздух) перемещается в направлении областей низкого давления, тем самым создавая ветер.

Ветер со временем меняется. В большинстве регионов наблюдаются значительные сезонные изменения ветровых потоков. Причем в зимние месяцы скорость ветра обычно выше, чем летом. Дневные изменения скорости ветра наблюдаются, как правило, вблизи морей и больших озер. Утром солнце нагревает землю быстрее, чем воду, поэтому ветер дует в направлении побережья. Вечером же земля остывает быстрее, чем вода, поэтому ветер дует от побережья.

Скорость ветра зависит от высоты над уровнем земли. Ближе к земле ветер замедляется за счет трения о земную поверхность. Таким образом, ветры бывают сильнее на больших высотах по отношению к земле. Для сельскохозяйственных полей и пустынных территорий при увеличении высоты над поверхностью земли в два раза наблюдается увеличение скорости ветра на, около, 12%.

На скорость ветра значительно влияют географические условия и характер земной поверхности, включая различные естественные и искусственные препятствия, такие, как холмы и др.., А также деревья и здания. По этой причине ВЭУ располагают, по возможности, на возвышенных и удаленных от высоких деревьев, жилых домов и других сооружений местах, поскольку такие препятствия снижают скорость ветра и приводят к завихрений потока, затрудняющие конвертацию энергии ветра.

Среднегодовая скорость ветра (Vс.г.) характеризует ветровой потенциал территории. Это скорость ветра, которая определяется как среднее арифметическое значение всех наблюдаемых скоростей ветра в течение года. Средние скорости ветра могут быть вычислены и для других периодов, например: месячные, дневные, почасовые.

Кинетическая энергия A, содержащегося в воздушном потоке, зависит от его массы m и скорости V, и может быть найдена с помощью формулы:

A=\frac{mV^{2}}{2}t

Если же в эту формулу подставить значение массы воздуха, протекающего через ветроколесо двигателя за 1 секунду, то получим выражение для секундной энергии потока, или, что то же самое, для его мощности:

P=\frac{\rho FV^{3}}{2}

где \rho =\frac{\gamma }{g} –  массовая плотность воздуха;

γ – Удельный вес воздуха;
g – Ускорение силы тяжести;
F – Площадь, по которой протекает воздушный поток;
V – Скорость ветра.

Величина удельного веса воздуха зависит от значения барометрического давления и температуры:

\rho =\rho _{0}\frac{BT_{0}}{B_{0}T}=0,125\frac{B\left ( 273+15 \right )}{760\left ( 273+t^{\circ} \right )}

где \rho _{0}=0,125\frac{kg\cdot s^{2}}{m^{4}} – массовая плотность воздуха при температуре t=15ºC и атмосферном давлении B0=760 мм. рт. ст.;

B и – соответственно атмосферное давление, мм. рт. ст., и температура воздуха в новых условиях,;
T0 и T – абсолютные температуры воздуха при 15ºC и в новых условиях.

Из второй формулы видно, что секундная энергия, или мощность потока, пропорциональна кубу скорости, то есть, если бы скорость ветра увеличилась, например, в два раза, то энергия воздушного потока возрастает в 23 = 8 раз. Таким образом, средняя скорость ветра 5 м / с может дать примерно в 2 раза больше энергии, чем ветер со средней скоростью 4 м / с. Также, мощность, развиваемая ветродвигатель, изменяется пропорционально квадрату диаметра ветроколеса, т.е. при увеличении диаметра в 2 раза, мощность, при той же скорости ветра, возрастает в 4 раза.

Характеристики ветра измеряются на метеостанциях. На поверхности скорость ветра определяется с помощью анемометра (анемии по-гречески, означает ветер). Официально принята высота измерения скорости ветра – 10 метров от поверхности земли. Целью этого является исключить влияние приземной турбулентности и трения воздуха о поверхность.

Существуют различные типы анемометров, использующих пропеллер или вращающиеся чашечки. Они измеряют действительную скорость ветра, потому что движутся вместе с ветром. Трубка Пито и плавающая шарик – анемометры другого типа, показания которых, изменяются в соответствии с плотностью воздуха (зависит от температуры и высоты), они определяют скорость ветра по его динамическим давлением. Показы мало зависят от высоты, температуры и влажности.

Данные о скорости и направлению ветра, поступают в центр обработки погоды каждые 3 часа. При этом автоматически делается осреднение показаний по направлению и скорости ветра за 10 мин, предшествующих сроку наблюдения. А порывами считается максимальный показатель скорости ветра в течении 2 минут за данный срок наблюдения (3 часа).  Срок наблюдения строго регламентирован по гринвичскому времени, это – 00:00 ч, 03:00 ч, 06:00 ч, 09:00 ч, 12:00 ч, 15:00 ч, 18:00 ч и 21:00 ч.

На основе данных многолетних наблюдений скоростей ветра в разных уголках мира состоят специализированные карты ветров.

В заключении предлагаю посмотреть ролик о том, как делается прогноз погоды

Автор: Корнелюк Сергей

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.