Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лаб_укр_3,4.doc
Скачиваний:
4
Добавлен:
04.11.2018
Размер:
135.68 Кб
Скачать

тальним градієнтом тиску. Тому ця сила називається рушійною силою горизонтального градієнта тиску чи силою баричного градієнта.

Сила баричного градієнта – це сила, що подає повітрю прискорення, тобто викликає вітер і змінює його напрямок:

, (3.1)

де FG - сила баричного градієнта, см/с2;

ΔP – зміна тиску між двома точками, дин/см2. 1мб = 103 дин/см2;

Δn – відстань між цими точками, см.

На горизонтальний рух повітря діє горизонтальна складова відхиляючої сили обертання Землі (сила Кориоліса), що дорівнює

А = 2·v·ω·sinφ, (3.2)

де v – швидкість вітру, м/с;

ω– кутова швидкість обертання Землі, що дорівнює 7,29·10-5 с-1;

φ – широта місця, 0.

На вертикальний рух повітря діє вертикальна складова сили, рівна

А = 2·v1·ω·cosφ, (3.3)

де v1 – вертикальна складова швидкості вітру.

Установлений рух повітря при відсутності сили тертя зветься градієнтним вітром.

Градієнтний вітер, що дує уздовж прямолінійних і рівнобіжних ізобар, називається геострофічним вітром.

Швидкість геострофічного вітру визначається в такий спосіб:

. (3.4)

Градієнтний вітер, що дує уздовж кругових ізобар, зветься геоциклострофічним вітром.

Швидкість геоциклострофічного вітру в антициклоні:

, (3.5)

де r – радіус кривизни траєкторії руху повітря.

Швидкість геоциклострофічного вітру в циклоні:

. (3.6)

Швидкість вітру при наявності тертя:

, (3.7)

де k – коефіцієнт тертя.

Кут відхилення вітру від градієнтного при прямолінійному русі:

, (3.8)

де φ – кут відхилення вітру від градієнтного при наявності сили тертя.

Кут відхилення вітру від градієнтного при криволінійному русі:

, (3.9)

де «+» відноситься до циклону, а «-» - до антициклону.

Частота повторюваності вітрів по сторонах світла характеризується розою вітрів.

Роза вітрів – це графічне зображення напрямку вітрів по сторонах світу за визначений проміжок часу. Для складання рози вітрів будують графік, для чого проводять лінії з позначеннями 8 румбів (Пн, ПнС, С, ПдС, Пд, ПдЗ, З, ПдЗ). Потім по всіх лініях від центра відкладають відрізки, що відповідають величинам повторюваності вітрів по кожнім румбі й кінці відрізків з'єднують прямими лініями. Штиль позначають із центра графіка колом, діаметр якого відповідає частоті штилю. Повторюваність вітрів по всіх румбах виражається у відсотках і зображується на кресленні у визначеному масштабі. При побудові рози вітрів сума чисел повторюваності вітрів по всіх румбах і штилю приймається за 100, а число повторюваності вітру по кожнім румбі й штилю обчислюється у відсотках до цієї величини. У таблиці 3.1 приведені дані для побудови рози вітрів. На рисунку 3.2 приведене графічне зображення рози вітрів.

Таблиця 3.1 – Розрахунок для побудови рози вітрів

Румби

Повторюваність

Абсолютне число

%

Пн

22

16

ПнС

20

15

С

30

23

ПдС

25

19

Пд

10

7

ПдЗ

8

6,5

З

7

5

ПнЗ

6

4,5

Штиль

5

4,0

Всього:

133

100

ПнЗ Пн

ПнС

З С

ПдЗ ПдС

Пд

Рисунок 3.2 – Роза вітрів

3.2 Прилади для визначення напрямку і швидкості вітру

Напрямок руху повітря визначається за допомогою флюгера (рисунок 3.3). Це найбільш розповсюджений прилад для спостережень за напрямком вітру на метеорологічних станціях. На вертикальний сталевий стрижень 1, загострений зверху, вдягнена металева трубка 2, закрита зверху. Трубка спирається

на вістря стрижня і вільно обертається довкола нього. На нижню частину трубки вдягнена флюгарка, що складається з двох лопат 3, що розходяться під кутом 22 °, і противаги 4 у вигляді металевої кулі, що укріплена на горизонтальному стрижні. Під дією вітру флюгарка встановлюється так, що противага указує на напрямок повітряного потоку. Для визначення напрямку вітру в румбах на вертикальному стрижні 1 за допомогою спеціальної муфти 5 прикріплені 8 металевих лозин, орієнтованих по сторонах світу. На одному з них закріплена буква N, яка спрямована на північ. На метеорологічних станціях напрямок вітру оцінюють по 16 румбам, при цьому оцінюється положення флюгарки між суміжними металевими лозинами. Флюгер установлюється строго вертикально на дерев'яному стовпі чи металевій стрижні висотою 10 –12 м від поверхні землі. Від високих предметів (будинків, дерев) флюгер повинний бути віднесений на в ідстань, рівну 10-кратній висоті цих предметів.

1 – сталевий стрижень; 2 – металева трубка; 3 – лопати; 4 – противага;

5 – муфта; 6 – покажчик швидкості вітру.

Рисунок 3.3 - Флюгер Вільда

Для того щоб визначити напрямок вітру по флюгеру, потрібно підійти до підмурівка стовпа, на якому він установлений, стати під покажчиком прямо і, спостерігаючи за коливаннями флюгарки протягом 2 хвилин, визначити її середнє положення стосовно покажчиків сторін обрію.

Характеристика вітру по напрямку й швидкості визначається візуально. Напрямок вітру вважають постійним у тому випадку, якщо за час спостережень противага коливається в межах одного румба; у противному випадку вітер характеризується як мінливий. По швидкості вітер називають рівним, якщо дошка коливається протягом 2 хвилин біля одного штифта або між двома сусідніми штифтами. Якщо діапазон коливань більше двох штифтів, вітер називають рвучким, при цьому швидкість різко міняється, зростаючи до деякого максимуму і, потім зменшується.

Для визначення напрямку й швидкості вітру використовують також анеморумбометри. Принцип дії анеморумбометра заснований на перетворенні вимірюваних характеристик швидкості й напрямку вітру в електричні величини, що віддаються по сполучному кабелі у відповідні вузли вимірювального пульта. Прилад складається з датчиків швидкості і напрямку вітру, вимірювального пульта й блоку живлення.

Швидкість вітру вимірюється за допомогою анемометрів. По конструкції прийомної частини розрізняють два основних види анемометрів:

  • чашкові (із півкулями) для виміру середньої швидкості вітру будь-якого напрямку в межах від 1 до 20 м/с;

  • крильчасті (із млинком) для виміру середньої швидкості спрямованого повітряного потоку від 0,3 до 5 м/с. Крильчасті анемометри застосовуються в основному в каналах вентиляційних систем.

Прийомна частина ручного чашкового анемометра складається з металевої хрестовини, на кінцях якої укріплені чотири порожніх півкулі, звернених опуклостями в одну сторону (рисунок 3.4). Півкулі захищені від механічних ушкоджень спеціальною рамкою і надягнені на вісь. Вісь, у своїй нижній частині, має черв'ячну (гвинтову) нарізку, якою вона з'єднується з рядом шестірень передавального механізму, укладеного в пластмасовий чи металевий корпус. Рахунковий механізм має три циферблати. На одному з них (великому) нанесені поділки від 0 до 100, на іншому – сотні поділок і на третьому – тисячі.

У нижній частині футляра збоку є аретир, за допомогою якого перша шестірня передавального механізму може бути відведена чи з'єднана з черв'ячною нарізкою осі. У першому випадку обертання півкуль під впливом вітру відбувається вхолосту (лічильник відключений), у другому – воно передається на стрілки циферблатів (лічильник включений). По обох сторонах аретира є два нерухомих кільця, якими користаються для включення лічильника за допомогою шнурка у тому випадку, коли анемометр знаходиться високо і до аретира не можна дістати рукою.

Рисунок 3.1 - Ручний анемометр (чашковий анемометр)

Шнурок прив'язують до кінця аретира серединою, а кінці його просмикують через нерухомі кільця. Знизу під корпусом мається стрижень із гвинтовою нарізкою для установки анемометра на дерев'яній тичині у вертикальному положенні.

3.3 Порядок виконання роботи

3.3.1 Анемометр встановлюють чи тримають так, щоб його вісь була вертикальна, а площина циферблата розташовувалася паралельно напрямку вітру (для чашкового анемометра) і перпендикулярно напрямку вітру (для крильчатого анемометра).

3.3.2 Перед спостереженням необхідно виключити лічильник анемометра і записати показання всіх стрілок.

Приклад! Велика стрілка анемометра розташована на 34 поділки; стрілка на циферблаті сотень - між 6 і 7 поділками; стрілка на циферблаті тисяч – між 2 і 3 поділками. Відлік: 2634.

3.3.3 Записавши показання стрілок при включеному лічильнику, одночасно із секундоміром уключити лічильник анемометра (аретир піднімають нагору). Через 2-3 хвилини виключити лічильник приладу (аретир опустити униз) і записати показання. У такий спосіб заміряти швидкість руху повітря у витяжній шафі. Виміри провести 3 рази.

3.3.4 Обчислити швидкість повітря. Для цього з двох відліків по анемометру обчислити різницю. Розділивши цю різницю на тривалість роботи приладу в секундах, визначити скільки поділок приходиться на 1 сек. Потім за графіком, прикладеним до приладу, визначити швидкість вітру (м/с).

3.4 Обробка результатів роботи

Результати роботи оформити у такий спосіб:

3.4.1. Дані вимірів занести в таблицю 3.2.

Дата _______________ Місце спостережень _________________________

Таблиця 3.2 – Результати вимірів швидкості руху повітря

Відлік

Тривалість роботи лічильника, с

Число

поділок на 1 с

Швид-кість, м/с

до включення лічиль-ника

після включення лічильника

різниця пока-

зань

1

2

3

3.4.2 Визначити середнє значення швидкості з трьох рівнобіжних вимірів.

      1. Розрахувати стандартне відхилення S:

, (3.10)

де n – число рівнобіжних вимірів.

3.4.4 Розрахувати довірчі границі середнього результату. Для оцінки отриманих результатів треба визначити довірчі границі. Довірчі границі – це межі області навколо середнього результату, у середині якого з імовірністю 95 % варто очікувати значення результатів.

, (3.11)

де t – критерій Стьюдента (для n = 3 при довірчій імовірності 95 % значення t = 4,3);

S – стандартне відхилення.

Питання для самоперевірки

  1. Дати визначення вітру.

  2. Дати визначення рози вітрів.

  3. Як будується роза вітрів?

  4. Дати визначення геострофічного вітру.

  5. Дати визначення гециклострофічного вітру.

  6. Перелічити, які є прилади для вимірювання швидкості вітру.

  7. Як працює анемометр?

  8. Який прибор дозволяє визначати швидкість і напрямок вітру?

  9. Розповісти про роботу флюгера Вільда.