4.1. Общие положения

Приливные колебания уровня в огромных океанах планеты вполне предсказуемы. Основные периоды этих колебаний – суточные, продолжительностью около 24 ч, и полусуточные – около 12 ч 25 мин.

Разность уровней между последовательными самым высоким и самым низким уровнями воды – высота прилива. Диапазон изменения этой величины составляет 0,5 – 10 м. Первая цифра наиболее характерна, вторая достигается и даже превосходится лишь в некоторых особенных местах вблизи побережья континентов. Во время приливов и отливов перемещение водных масс образует приливные течения, скорость которых в прибрежных проливах и между островами может достигать примерно 5 м/с.

Очевидно, что места с большой высотой приливов имеют и большой потенциал приливной энергии. Преобразование энергии приливов использовалось для приведения в действие сравнительно маломощных устройств еще в средневековой Англии и Китае. Из современных приливных электрических станций (ПЭС) наиболее хорошо известны крупная электростанция Ране мощностью 240 МВт, расположенная в эстуарии реки Ла Ране, впадающей в залив Сен Мало (Бретань, Франция), и небольшая опытная станция мощностью 400 кВт в Кислой губе на побережье Баренцева моря в России. Поведение приливов может быть предсказано достаточно точно с погрешностью менее 4 %.

Рис. 4.1. Схема ПЭС

Схема устройства приливной электростанции показана на рис. 4.1 Ясно, что для строительства станции должно быть выбрано подходящее место с возможно большей разностью уровней воды во время прилива и отлива. На рис. 4.1 h – максимальная разность уровней для избранного места расположения станции. Сооружается плотина, образующая необходимый бассейн.

В теле плотины устанавливается гидротурбогенератор, который (в целях большей эффективности работы электростанции) должен быть «обратимым», т. е. должен действовать по своему прямому назначению при протекании через него воды в обе стороны: как справа налево, так и слева направо.

4.2. Задание

1. Определить скорость распространения приливной волны.

2. Построить зависимость скорости распространения приливной волны с, м/с, от глубины моря h = 100; 200; 300; 400; 500; 800; 1000 м.

3. Установить, следует ли ожидать резонанса в заливе.

4. Определить максимально возможную мощность, снимаемую за один цикл работы ПЭС.

4.3. Исходные данные для расчета

Протяженность залива составляет L=1 км, длина приливной волны λ=3500, глубина h=200м. Площадь бассейна ПЭС S = 2000 м², перепад уровней воды R = 6 м.

4.5. Порядок выполнения работы

Поднятая на максимальную высоту во время прилива вода отделяется от моря дамбой или плотиной в бассейне площадью S. Затем во время отлива эту массу воды пропускают через турбины. Получаемая мощность определяется по формуле, Дж:

где ρ – плотность воды, кг/м³; R – перепад уровней воды, м; S – площадь приливного бассейна, м², g – ускорение свободного падения м/с²;

Известно, что приливная волна движется со скоростью, м/с,

(4.2)

где g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²; h – глубина залива (моря), м;

Резонанс для приливной волны, надвигающейся со стороны открытого моря, наступает при условии, когда

(4.3)

где j – нечетное целое; L – протяженность залива в сторону материка, м; λ – длина волны вынужденных колебаний в открытом море, м;

Таблица 4.1

Зависимость скорости распространения приливной волны

от глубины моря

h, м	100	200	300	400	500	800	1000
c, м/с	31,32	44,29	54,25	62,64	70,00	88,59	99,0

с, м/с

h, м

Рис.4.2 — Зависимость скорости распространения приливной волны от глубины моря

Вывод: скорость распространения приливной волны c=44,29 м/с. Максимально возможная мощность, снимаемая за один цикл работы ПЭС Р=3,6·10⁸Дж. Т.к. j=1,14, то условие для наступления резонанса для приливной волны, надвигающейся со стороны открытого моря, не выполняется.

П

Взам. инв. №

Подпись и дата

ИНМВ 710605.000 ПЗ

Изм.

Кол.

Лист

№док

Подпись

Дата

Инв. № подл.

Хххх

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ ВОЛН

Стадия

Лист

Листов

Проверил

Лазарев

АС

Утв.

Стариков

Н.контролер

Ведрученко

рактическая работа 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ ВОЛН

Цель работы: закрепить и конкретизировать знания в области преобразования энергии волн.