7 Природа ветра, как образуется ветер.

Горизонтальное движение воздуха, происходящее в результате скольжения Земли относительно своей атмосферы, а также под воздействием силы барического градиента, вызванной различием в температурных режимах больших площадей суши и воды, и отклоняющей силы вращения Земли, а также силы трения воздушных масс о поверхность Земли носит название «ветер». В понятии ветра различаются числовая величина скорости ветра, выражаемая в м/с, км/ч, «узлах» и условных единицах (баллах), и направление, откуда дует ветер.

Скорость и направление ветра всегда в большей или меньшей степени непрерывно колеблются, поэтому их обычно определяют, как осредненные величины за некоторый промежуток времени. Наличие сильных колебаний режима ветра, обусловленных турбулентностью, отмечается особо как порывистость или шквальность.

Порывистость ветра – наличие в воздушном потоке значительных колебаний скорости и направления с временными интервалами в несколько десятков секунд.

Шквальность – резкое усиление и ослабление ветра в течение короткого времени, сопровождающегося также изменениями его направления, продолжительностью несколько минут или десятков минут. Ветер со скоростью порядка 5 – 8 м/с считается умеренным, выше 14 м/с – сильным; выше 20 – 25 м/с – штормовым, а выше 30 – 35 м/с – ураганом. При порывах и сильных шквалах скорость ветра может превышать 50 м/с, а в отдельных случаях достигать 100 и более м/с. У поверхности Земли на небольших участках и на короткое время может устанавливаться полное безветрие – штиль.

Муссоны – устойчивые ветры в переменно противоположных направлениях, меняющихся два раза в год. Зимние муссоны чаще направлены с суши на океан, летние – с океана на сушу и сопровождаются обильными осадками..

Пассаты – устойчивые на протяжении года воздушные течения в тропических широтах над океанами. В Северном полушарии направление пассатов преимущественно северо-западное, в Южном – юго-восточное.. Над пассатами в противоположном им направлении дуют антипассаты.

Циклоны – области пониженного давления размерами в несколько тысяч км, образуются системой ветров, дующих против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке – в Южном, скорость ветра в циклоне достигает 100 м/с и выше. Существуют также антициклоны – области повышенного давления, размерами также в несколько тысяч км, образующиеся системой ветров, дующих по часовой стрелке в Северном полушарии и против – в Южном, характеризующиеся слабыми ветрами.

8 Основные параметры ветра

В параметры скорости ветра входит ряд показателей – порывистость, шквальность и максимальная скорость в порыве

Порывистость ветра – наличие в воздушном потоке значительных колебаний по скорости и направлению с временными интервалами в несколько десятков секунд. Амплитуда порыва достигает значения, в 2 раза превышающего среднюю скорость. Время возрастания скорости в порыве оказывается примерно равным времени ее снижения, а максимальная величина изменения скорости более чем в 2 раза превышает ее амплитуду. За время, порыва энергия ветро­вого потока может изменяться в восемь и более раз.

Шквальность – резкое усиление и ослабление ветра в течение короткого времени, продолжительностью до нескольких десятков минут, сопровождающееся также изменениями его направления.

Направление ветра является самым сложным параметром воздушных течений при реализации его энергии для выработки электроэнергии. Дело в том, что полноценное восприятие энергии ветра ветродвигателем достигается лишь тогда, когда плоскость ветровоспринимающей поверхности традиционного пропеллерного ветроколеса строго перпендикулярна направлению ветра.

Направление ветра измеряется флюгерами разных типов и изображается в виде «розы ветров», суммирующей результаты всех наблюдений по срокам наблюдения с усреднениями.

Н аправление ветра является самым сложным параметром воздушных течений при реализации его энергии для выработки электроэнергии. Дело в том, что полноценное восприятие энергии ветра ветродвигателем достигается лишь тогда, когда плоскость ветровоспринимающей поверхности традиционного пропеллерного ветроколеса строго перпендикулярна направлению ветра. Направление ветра измеряется флюгерами разных типов и изображается в виде «розы ветров», суммирующей результаты всех наблюдений по срокам наблюдения с усреднениями.

В Метеорологическом бюллетене направление ветра характеризуется в таких категориях,

как «ветер западных направлений, ветер северных направлений, ветер юго – восточный,

ветер юго – восточный с переходом на западный» и тому подобное, при этом фиксируется в % повторяемость направления по 8 румбам во времени.

Годовая роза ветров

Особо важным для пропеллерных ветроагрегатов являются такие параметры ветра, как частота смены направления, скорость изменения направления, длительность случая существования ветра в одном направлении, поскольку плоскость вращения ветроколеса должна быть перпендикулярна направлению ветра в каждый момент времени. Это определяет тяговое усилие лопастей и в конечном итоге мощность ветроагрегата и выработку энергии.

При отклонении угла встречи потока с плоскостью вращения ветроколеса пропеллерных ветроагрегатов от 90º мощность их уменьшается вплоть до 0.

Влияние соответствия угла установки ветроколеса «на ветер» может быть учтено введением в формулу, определяющую мощность ветроколеса параметра «коэффициент использования направления» (КИН) – Cоsυ, изменяющегося от 1 до 0, где υ - угол между плоскостью вращения ветроколеса и вектором скорости набегающего потока воздуха, а также «коэффициента использования направления» z, характеризующего изменчивость направления ветра во времени с размерностью º/С.

кВт,

здесь F – площадь ветровоспринимающей поверхности.