2022年海洋学-第3章--风及风的作用力 .pdf

31 第三章风及风的作用力31 风和气压一、海平面气压场海平面气压场的9 种主要形式：低压；高压；低压槽；高压脊；低压带；高压带；副低压；副高压；鞍形区二. 风向和风力等级表1. 风向：是指风的来向 2.风的分级表31共 18 级，蒲福风级表13 个风级，后补充了 5 级12 级风 m/s 17 级风 61.2 m/s 龙卷风：风速可达100、200 m/s 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 13 页32 32 大气环流与风系一. 大气环流和世界风带1. 大气环流2风带的分类 副热带高压带在南、北纬30附近，纬度圈缩小，空气堆积下沉而形成 副极地低压带：南、 北纬60附近 , 副热带流与来自极地的气流汇合上升而形成 信风带北半球吹东北风，南半球吹东南风，风速不大，风向稳定 赤道无风带 盛行西风带北半球吹西南风，南半球吹西北风，风速较大，风向不稳定 副热带无风带极地东风带二. 影响我国近海的主要风系 1.季风1季风规律冬季风从陆地吹向海洋，夏季风从海洋吹向陆地2我国的季风情况10 月至次年 3 月盛行偏北风；6 月以后盛行偏南风；4、5 月和 8、9 月为季风转换季节。2. 寒潮(1) 寒潮预警信号分级精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 13 页33 蓝色 预警 :48 小时内最低气温将要下降8以上，最低气温小于等于 4，陆地平均风力可达5 级以上；黄色 预警 : 24小时内最低气温将要下降10以上，最低气温小于等于 4，陆地平均风力可达6 级以上；橙色 预警 : 24 小时内最低气温将要下降12以上，最低气温小于等于 0，陆地平均风力可达6 级以上；红色 预警 : 24小时内最低气温将要下降16以上，最低气温小于等于 0，陆地平均风力可达6 级以上 . 2寒潮的路径 a.从我国西北进入，经西北到华中，向沿海前进，直达南海； b.从蒙古人民共和国进入我国内蒙，经华北向华东沿海前进，并影响东海； c.经西伯利亚东行到我国东北南下，经渤海、黄海、直到东海。寒潮过境时常出现强大的偏北风。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 13 页34 3. 台风 (1)台风的定义：台风是作急速逆时针旋转的低压涡旋。 (2)台风的分类： a.按风速分：热带气旋 最大风速 /s( 相当风力 67 级); 台风最大风速 /s( 相当风力 8ll级) ；强台风 最大风速大于 /s( 相当风力 12 级以上 ) 。 b.按路径分：西行台风登陆台风 转向台风500hPa西太平洋副高脊的月平均位置500hPa指的是 :约为 5880 米高度的气压 )精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 13 页35 副热带高压对热带气旋移动的影响每年热带气旋发生数及占全球热带气旋总数百分的区域分布图每年热带气旋发生数及占全球热带气旋总数百分的区域分布图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 13 页36 33 风压计算一. 设计风速1. 工业与民用建筑结构及港口工程标准采用 10m 高处 30 年一遇的自记 10 分钟平均最大风速2铁道部门标准桥涵建筑采用20m高、百年一遇自记10 分钟平均最大风速。3. 石油工程建筑标准尚无国家标准a. 高度：海面上10m左右b. 时间： 10 分钟，一般条件；1 分钟，极端条件c. 重现期： 30 年； 50 年二. 关于风压的几个概念1. 风压的作用：产生水平推移力、倾覆力矩2. 准静态荷载把风的长周期变化成分，当成准静态荷载。3. 准动态荷载把能量很少的短周期变化部分，当成准动态荷载。4. 稳定风压是指在一定时间间隔内，将风的速度和方向都看作是不随时间而改变的量作用在建筑物上所产生的力。5. 脉动风压由脉动风速产生的风压称为脉动风压. 三. 稳定风压计算公式 1.伯努利方程 pv2 =C 31 2. 讨论(1) 总能量不变不可压缩流体在流动中总能量不变，即流体的压力能与动能之和为一常数。v2项为动压v=0 时，流体的压力最大，用 P0表示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 13 页37 (3) 总压 P0不变31写成如下形式：v2=p0 32 或v2= p0p 即流体的动压等于其总压与静压之差。4密度与重度的关系g 3 3 0P式( 3 2) 可改写为：v2/g= p0p 34 (1)基本风压公式为0P = P0Pv2/g 35 /g 称为风压系数，常用 K 表示。 (2) g的计算 g =g0+gz 36 g0从表 32 中查取gz：取近似值， 即每上升 1000m，从g0的原有值中减去310000。表 32 海平面上各纬度的重力加速度g0 (3)的计算=)760378.0138(00367.012936.1ePt3 7一般都用年平均空气重度。e：为绝对湿度( 度) 0 10 20 30 40 50 60 g0(cm/S2 ) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 13 页38 4.风压系数确实定东南沿海： K=1/17 内陆： 1/16 1/26 一般：北纬 45,1at.; 15,=m3，g= /s2则0P=12255298.v2=116 v2 3 8 乘风压增大系数例如， v= /s ，距岸约为30 公里 , 则0P=116v2=167.252=/m2查表 33 得风压增大系数，有0P m2表 33 海上风压增大系数距海岸距离/km 2 230 3050 50100 100 海上与陆上风压比值由资料定6. 作用于建筑物上的风压计算公式Pkkz0P (3 9) 式中P风压， kg/m2；k建筑物的风载体型系数，其值如表( 3-4)所示kz风压高度变化系数，其值如表( 3-5)所示。表 34k 值表表 35 风压高度变化系数kz 形状k 2m 40 m 圆柱形5 m 50 m 船身10 m 60 m 甲板15 m 70 m 孤立的结构形状角钢、槽钢、梁20 m 80 m 甲板下面积平滑外表30 m 100 m 甲板下面积暴露的梁及架钻机井架的每一面精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 13 页39 7. 脉动风压计算P=0P 310 = 1 十 Kd Kd=34 我国各海区的基本风压一、 资料来源1. 船舶定时观测并拍发电报; 2. 探空仪观测记录。二、 海区划分划分为 15 个小海区精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 13 页40 三、 设计风速建议值设计风速值 ( 见图 3 9a) 。换算公式： v101采用 V101将 30 年一遇 1分钟平均风速换算为10分钟平均风速，得一般条件下的设计风速建议值( 图 3 9b) 。四、 基本风压建议值精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 13 页41 35 风对建筑物的作用力一、 作用力1. 风压迎流面 : 正向风压，反面 : 负向风压 (吸力 ) 。P=221vg3 12 2、拖曳力 FD FD=PCDApFDPDACgv223、升力FL=CLPAgv224.横向力4. 倾覆力矩精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 13 页42 二、DC和LC确实定。1. 不同横断面形状细长构件的DC和LC矩形板：，DC 20，DC 5，DC=1.2 1，DC为构件长度与断面尺度之比圆形构件精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 13 页43 2. 组合型构件的DCne/h : 宽深比，APAg:相对受风面积4. DC随雷诺数 Re的变化 Re反映了流体的紊动程度 Re=vD/式中， D为构件的尺度；v 为风速；为空气的运动粘滞系数；1at.,15， 104m2s。Re接近 106的区域时，DC有锐减的趋势。5形状复杂的重要构件的DC通过风洞试验测量作用力, 再换算出该结构的DC值。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 13 页