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风压与风速的关系浅谈

小麻籽  发表于 2009/10/13 9:36:18      2533 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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 风,是空气从气压大的地方向气压小的地方流动形成的。从风的形成我们就可以看到风与压力是密不可分的!压力产生风,那么风压是什么呢?当风以一定的速度向前运动遇到阻塞时,将对阻塞物产生压力,即风压。首先给出风压与风速的公式:W=-0.5pv2 +C  其中W:风压  p空气质量密度 V风速 C常数。当V=0时,W为最大风压,数值等于C。

  日常生活中,我们所测得的风压为基本风压。也就是按规定的地貌,高度,时距等量测量的风速所确定的风压为基本风压。其中地貌为空旷平坦地貌,高度一般为10米,时距10分钟所测的风压为基本风压,风速即空气流动速度,单位一般为m/s;仅是某一位置的速度数值。因为风速在不同位置数值可能有较大差异,且平均值难以计算。摆放位置会影响他的风速,因为外界条件不同,风传播介质的粗糙程度不同。距离不同距离测量到的风速也不会相同。如果要全面了解风扇的性能,那么就要了解与风速密不可分的另一个因素风压。风压即出风口与入风口间产生的压强差,单位一般为mm(cm) water column,即毫米(厘米)水柱(类似于衡量大气压的毫米汞柱,但由于压强差较小,一般以水柱为单位)。风压是 “强劲”程度的重要指标,如果将风量比作一把武器的挥击力量,那么风压就是这把武器的锋利程度。风压直接的影响到送风距离。

  我又想到了现在流行的流线型设计,很多交通工具都被设计成流线型,那么他的原理在哪呢?我查资料所得“流线型 原是空气动力学名词,用来描述表面圆滑、线条流畅的物体形状,这种形状能减少物体在高速运动时的风阻。但在工业设计中,它却成了一种象征速度和时代精神的造型语言而广为流传,冰箱、汽车的设计都受其影响。这种外形能够符合空气动力学的原理,呈现出一种流线型,在运动中能够得到更大的速度。流线型设计最早是用在 20 世纪交通技术上。如轮船,飞机,汽车,以此来解决高速运动中的流体动力和气体动力性能。它不仅运用于功能改进上,还用在家居产品上,从电熨斗、电冰箱乃至所有的家用电器,都采用了这种表面光滑、线条流畅的形式, 这些产品对消费者具有更大的吸引力。 不少流线型设计完全是由于它的象征意义,而无功能上的含义,流线型在富有想象力的设计师手中,体现了流线型作为现代化符号的强大象征作用。”上文中提到流线型会降低风阻,那么我想,风阻的大小一定跟物体正面所受的风压大小有直接关系。而正面风压的大小又与  物体与流动空气接触部位的风速有关,想到这里,我就豁然开朗,流线设计,使物体没有直接阻止空气的前进,也就是说,风速的降低不会很大,我们看到风压与风速关系的公式中,风速越大,风阻就越小。没有直接阻止空气前进的部位,那么风速就不会很小,相应的风压就不大,我想流线设计也与风压风速的关系密不可分。

    我们知道,风压就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力。根据伯努利方程得出的风-压关系,风的动压为
wp=0.5·ro·v2     (1)
其中wp为风压[kN/m2],ro为空气密度[kg/m3],v为风速[m/s]。
由于空气密度(ro)和重度(r)的关系为 r="ro"·g, 因此有 ro="r/g"。在(1)中使用这一关系,得到
wp=0.5·r·v2/g     (2)
此式为标准风压公式。在标准状态下(气压为1013 hPa, 温度为15°C), 空气重度 r="0".01225 [kN/m3]。纬度为45°处的重力加速度g=9.8[m/s2], 我们得到
wp=v2/1600       (3)
此式为用风速估计风压的通用公式。应当指出的是,空气重度和重力加速度随纬度和海拔高度而变。一般来说,r/g 在高原上要比在平原地区小,也就是说同样的风速在相同的温度下,其产生的风压在高原上比在平原地区小。

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