海洋学 第3章 风及风的作用力.doc

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:32.736.9 m/s17级风:56.161.2 m/s 龙卷风：风速可达100、200 m/s 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。 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10.817.1m/s(相当风力67级); 台风最大风速17.232.6m/s(相当风力8ll级)； 强台风最大风速大于32.6m/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) 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 p+0.5v2 =C 312. 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。(2) 0.5v2项为动压v=0时，流体的压力最大，用 P0表示。(3) 总压P0不变（31）写成如下形式： p+0.5v2=p0 32 或 0.5v2= 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 33.基本风压式( 32)可改写为： 0.5v2/g= p0p 34 (1)基本风压公式为 = P0P0.5v2/g 35 0.5/g称为风压系数，常用 K表示。 (2) g的计算 g =+ 36从表32中查取：取近似值，即每上升1000m，从的原有值中减去310000。(度)0102030405060g0(cm/S2 )978.0978.2978.6979.3980.2981.1981.9表32海平面上各纬度的重力加速度 (3)的计算 = 3 7一般都用年平均空气重度。e：为绝对湿度 4.风压系数的确定东南沿海：K=1/17内陆：1/161/26一般：北纬45,1at.;15,=1.2255kgm，g= 9.8m/s 则=v= v 3 8 5.海上基本风压计算乘风压增大系数 例如，v= 25.7m/s，距岸约为30公里,则 = v=40.97kg/m查表33得风压增大系数1.3，有 =40.971.352.26kgm表33 海上风压增大系数距海岸距离/km2230305050100100海上与陆上风压比值1.21.21.31.31.51.51.7由资料定6.作用于建筑物上的风压计算公式 kk (3 9)式中 风压，kg/m；k建筑物的风载体型系数，其值如表( 3-4)所示k风压高度变化系数，其值如表( 3-5)所示。表34 k值表表35风压高度变化系数kz形状k2m0.6440 m1.37圆柱形0.55 m0.8450 m1.43船身1.010 m1.060 m1.49甲板1.015 m1.1070 m1.54孤立的结构形状（角钢、槽钢、梁）1.520 m1.1880 m1.58甲板下面积（平滑表面）1.030 m1.29100 m1.64甲板下面积（暴露的梁及架）1.3钻机井架的每一面1.257.脉动风压计算 = 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个小海区三、 设计风速建议值设计风速值(见图 39a)。换算公式：v0.83v采用V0.83V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 39b)。 四、 基本风压建议值 35 风对建筑物的作用力一、 作用力1.风压迎流面:正向风压，背面: 负向风压(吸力)。 = 3 122、拖曳力F FD=CDAp F 3、升力F=C 4.横向力 4.倾覆力矩 二、和的确定。1. 不同横断面形状（细长构件）的和矩形板：， =1.962.01 20， =1.425， =1.2 1， =1.12 为构件长度与断面尺度之比圆形构件 2.组合型构件的n e/h :宽深比，