Что такое плотность ветра
Энергия ветра,плотность воздуха,выбор участка, выбор аккумулятора.Измерений скорости ветра
С ЧЕГО НАЧИНАТЬ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ВЭС?
Если Вы решили выстроить любую ветроустановку, а в особенности средней и большой мощности, необходимы достоверные данные о ветре. Не элементарно данные, а его энерго свойства: среднегодовая скорость ветра, годичный ход ветра, т. е. средняя скорость ветра по месяцам года, расположение скорости ветра по фронтам и по градациям скорости, т. е. возможность такого, что средняя скорость ветра станет находиться в определенных спектрах и еще многое иное. Обычно, эти данные берутся от наиблежайшей метеостанции. И ежели меж ней и будущей площадкой ВЭС отдаление
мало( 10 — 20 км) и нет препятствий( бугры, строения, лес), то на эти данные разрешено смело положиться и решать вопрос о строительстве ВЭС.
А ежели наиблежайшая метеостанция далеко( 30 км и наи
более) или меж ней и площадкой есть натуральные и искусственны
е препятствия, то нужно снабдить измерения ветроэнергетических характеристик конкретно на
площадке, т. е. определить мачту вышиной не наименее 10 м и смонтировать систему измерения ветра. Для такого чтоб отдать мнение об экономической необходимости строительства ВЭС.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ЭНЕРГИИ ВЕТРА
Ветроустановка( ВЭУ) преобразует кинетическую энергию ветра в механическую или электрическую энергию, комфортную для практичного применения.
Существуют два главных вида установок: ветроустановки с вертикальной осью вращения и ветроустановки с горизонтальной осью вращения. Механическая энергия, основным образом, употребляется для взлета воды в удаленных
местностях. Ветроэнергетические установки создают электрическую энергию для бытовых или индустриальных нужд. Потребление электрической энергии везде где только можно измеряется в киловатт-часах( кВт-ч). 1 кВт-ч значит
1 кВт мощности, используемой в движение 1 часа. Например. Одна 100-ваттная лампочка, включенная в движение 10 часов употребляет 1 кВт-ч электроэнергии.
Ветроустановка мощностью 20 кВт может изготовить возле 45000 кВт-ч, в год. Когда Вы решили, что пришло время купить и определить ВЭУ, в первую очередность нужно найти численность нужной Вам энергии и среднюю прыть ветра на возвышенности ротора. Скорость ветра — важный вещество в проектировании и применении ветроустановки. В общем случае при среднегодовой скорости ветра наиболее 4 м/ с на возвышенности 10 м( на данной возвышенности на метеостанциях инсталлируются анемометры — приборы, измеряющие скорость ветра) может быть действенное использование ветроустановок, а ветр с наименьшей скоростью годится для водоподъемных устройств. Даже маленькое
повышение скорости ветра приводит к вескому увеличению мощности. Так, ветроустановка, трудящаяся при средней скорости 6 м/ с, генерирует емкость на 44 % огромную, чем при скорости 5 м/ с.
ПЛОТНОСТЬ ВОЗДУХА
Лопасти ВЭУ вертятся за счет движения воздушной массы. Чем более легкая толпа, тем скорее вертятся лопасти и тем более электроэнергии производит ВЭУ. Мы знаем из курса физики, что кинетическая энергия
передвигающегося тела( к примеру, воздуха) пропорциональна его массе, потому
энергия ветра зависит от плотности воздуха. Плотность зависит от численности молекул в штуке размера. При обычном атмосферном давлении и при температуре 15oС плотность воздуха сочиняет 1, 225 кг/ м3.
Однако с увеличением влажности плотность воздуха чуть-чуть миниатюризируется. Из-за такого,
что зимой воздух наиболее густой, ветрогенератор станет производить зимой более энергии, чем летом, при схожей скорости ветра. На местности, расположенной приподнято над уровнем моря, к примеру, в горах, атмосферное
влияние не в такой мере и, поэтому, не в такой мере плотность воздуха.
ЧЕМУ НЕ СТОИТ УДИВЛЯТЬСЯ?
Ветер дует, а ВЭУ не вертится. В чем дело? Если откинуть случаи остановок в следствии поломке, то дело может существовать лишь в самом ветре. Стартовая скорость большинства современных ВЭУ располагаться в пределах 3 — 4
м/ с. Но необходимо, чтоб прыть ветра продержалась на этом уровне не наименее 10 мин, лишь тогда автоматика даст позволение на запуск ветроустановки.
Поэтому временные порывы ветра в счет не идут, ежели продолжаются наименее 10 мин. Но когда скорость ветра добивается большей рабочей скорости, а это традиционно 22 — 25 м/ с, ветроустановка еще
должна остановиться. Вот и выходит, что в местах, где нередко дуют ураганные ветра и средняя скорость велика, годовая выработка электроэнергии может существовать не в такой мере, чем при таковой же средней скорости, но
без ураганных ветров.
ВЫБОР УЧАСТКА
Холмы или горные хребты, находящиеся на раскрытом рельефе, традиционно числятся отличным помещением для ВЭУ. В частности, ВЭУ, поставленная на огромном участке, раскрытом для доминирующего направленности ветра, постоянно
станет иметь достоинства. На буграх прыть ветра больше по сопоставлению с находящейся вокруг равнинной территорией. Необходимо держать в голове, что ветр может поменять родное направленность прежде, чем достигнет холмика, так как область высочайшего давления практически расширяется на неком расстоянии перед холмом. Кроме такого, пройдя чрез ротор турбины передний поток делается непоследовательным. Также нужно держать в голове, что турбулентность, смысл
которой резко возрастает в случае отвесного холмика или его неровной поверхности, может свести на нет достоинства наиболее высочайшей скорости ветра.
При выборе площадки для ветроустановки управляются целым рядом
критериев, главными из которых являются:
ЧТО ТАКОЕ МАЛАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА?
Слово » малая » в этом случае значит ветроустановку мощностью от 40 Вт до 20 кВт. Предназначены они для разных нужд от
обычный зарядки авто аккума до снабжения энергией фермерского хозяйства или электрическим освещением нескольких домов. А слово » система » употребляется поэтому, что к ветроустановке традиционно придается еще батарея и приспособление защиты и управления заряд-рядом аккума. Для стационарного жилища и производственных нужд
фермерского хозяйства необходима электрическая энергия на напряжение 220-380 В переменного тока.
В этом случае к системе на неизменном токе добавляется приспособление, именуемое инвертором, который преобразует
неизменный ток в неустойчивый. Если же от ветроустановки получают неустойчивый ток 220-380 В, то таковая система снабжается выпрямителем для зарядки аккума и инвертором для электроснабжения потребителей от аккума, когда нет ветра, а еще для кормления электроприборов, требующих завышенного свойства электроэнергии, в согласовании с
требованиями ГОСТ.
ВЫБОР АККУМУЛЯТОРА
Выбор аккума для ВЭУ зависит от длительности периода безветрия.
Из-за такого, что время от времени чрезвычайно трудно заблаговременно точно определить численность поочередных безветренных дней, батарея ВЭУ обязан быть рассчитан на большее количество дней, чем батарея для ФЭБ. Минимальной обязана существовать батарея, которая может помочь работу ВЭУ в движение 7 дней. Если это
может быть финансово, то стоит прирастить объем аккума до 14 дней.
Благодаря наиболее массивному аккуму ВЭУ станет действовать наиболее отлично и не в такой мере зависеть от погодных критерий.
КАКОВА СТОИМОСТЬ МАЛЫХ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ?
Удельная цену небольших систем еще больше, чем системных ветроустановок. Удельная цену системных ветроустановок сочиняет 1000 долл. США за 1 кВт и менее, подобные данные для небольших ветроустановок 2000 долл. США за 1 кВт и больше. Это закон техники. Чем больше отдельная мощность, тем меньше удельная цену.
КАКИХ РАЗМЕРОВ БАШНЮ ИСПОЛЬЗУЮТ ДЛЯ МАЛЫХ ВЕТРОУСТАНОВОК?
Обычная вышина башни, которая поставляется совместно с ветроустановкой — меж 16 и 24 метрами. Башни таковой вышины разрешают справиться турбулентность, вызванную препятствиями( строения, деревья). Одновременно
при увеличении вышины возрастает скорость ветра, что, как произнесено больше, значительно усиливает выработку электроэнергии.
КОМБИНИРОВАННЫЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
За рубежом такие системы именуют гибридные. А заглавие их проистекает потому, что в таковых системах употребляется оснащение, работающее на складе разных восстанавливаемых и невозобновляемых источников энергии. Вот
некие, более известные сочетания:
1. ветроустановка + фотоэлектрическая батарея + аккумуляторная
батарея; Электрическая энергия может существовать получена за счет преображения
солнечного излученияфотоэлектрическими батареями( ФБ). Несмотря на
достаточно высшую, в настоящее время, цену ФБ, их внедрение
вместе с ВЭУ в неких вариантах может существовать действенным. Поскольку
зимой есть большой потенциал ветра, а летом в светлые дни наибольший
результат разрешено получить, используя ФБ, то сочетание данных ресурсов
как оказалось выгодным для покупателя.
2. ветроустановка + микро или небольшая ГЭС; ВЭУ имеют все шансы употребляться в
композиции с микро ГЭС, имеющими резервуар для воды. В таковых системах при
наличии ветра ветроагрегат питает нагрузку, а избытки энергии употребляются
для закачивания воды с нижнего бьефа на высокий. В периоды ветрового
затишья энергия вырабатывается микро ГЭС. Подобные схемы в особенности
эффективны при небольших ресурсах гидроэнергии.
3. ветроустановка + дизель-генератор + аккумуляторная
батарея. Использование режима раздельной работы ВЭУ и ДЭС позволяет
гарантировать бесперебойное энергоснабжение объекта. Всякий раз, когда это
может быть, энергия выходит за счет ВЭУ, а АКБ непрерывноподзаряжаются.
В периоды ветрового затишья, когда заряд АКБ падает ниже
определенногоуровня, для снабжения потребителей энергией автоматом
( или вручную) запускаетсядизель-генератор. Такой режим существенно понижает
численность запусков дизель-генератора и, следственно, ведет к сокращению
издержек на сервис и топливныерасходы. Конечно, сочетанные
системы недешевые, но они имеют все шансы гарантировать бесперебойное энергоснабжение
более серьезной перегрузки.
ВЫРАБОТКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ.
Выработка электроэнергии зависит от последующих черт
ветроустановки:
Надежность ветроустановки
определяется:
Что такое плотность ветра
Солнечный ветер представляет собой поток заряженных частиц (плазмы), излучаемых Солнцем. Скорость, плотность и температура потока постоянно меняются. Самые резкие колебания этих трех параметров происходят в моменты выхода солнечного ветера из коронального отверстия или при выбросе корональной массы. Поток, происходящий из коронального отверстия, можно рассматривать как устойчивый высокоскоростной поток солнечного ветра, где выброс корональной массы больше напоминает огромное быстро движущееся облако солнечной плазмы. Когда эти солнечные ветровые структуры достигают поверхности нашей планеты, они сталкиваются с магнитным полем Земли, где частицы солнечного ветра могут проникать в нашу атмосферу вокруг магнитного северного и южного полюсов.
Изображение: впечатляет солнечный ветер сталкивающийся с магнитосферой Земли. Это изображение не масштабируется.
Скорость солнечного ветра
Скорость солнечного ветра является важным фактором. Частицы с более высокой скоростью сильнее проникают в магнитосферу Земли и имеют более высокую вероятность вызвать нарушения геомагнитных условий при сжатии магнитосферы. Скорость солнечного ветра на Земле обычно составляет около 300 км/с, но увеличивается, когда прибывает высокоскоростной поток корональной дыры (CH HSS) или выброс корональной массы (CME). Во время воздействия выброса корональной массы скорость солнечного ветра может внезапно возрасти до 500 или даже более 1000 км/с. Для нижних и средних широт требуется приличная скорость и желательны значения выше 700 км/сек. Однако, это не золотое правило, так как сильный геомагнитный шторм может возникать и на более низких скоростях если значения межпланетного магнитного поля благоприятны для улучшения геомагнитных условий. На графиках вы можете видеть, когда наступил импульс выброса корональной массы: скорость солнечного ветра резко возрастает на несколько сотен км/сек. Затем проходит период прохождения ударной волны через Землю, 15-45 минут (в зависимости от скорости солнечного ветра при ударе) и магнитометры начнут реагировать.
Изображение: Прохождение выброса корональной массы в 2013 году, разница в скорости очевидна.
Плотность солнечного ветра
Измерение параметров солнечного ветра
Данные солнечного ветра в реальном времени и данные о межпланетном магнитном поле, которые вы можете найти на этом веб-сайте, получены спутником космической климатической обсерваторией DSCOVR, которая находится на орбите вокруг точки Солнца-Земли 1 Лагранжа. В этой точке между Солнцем и Землей, гравитационное воздействие на спутники со стороны Солнца и Земли равно по величине. Это означает, что они могут оставаться на стабильной орбите находясь в этой точке. Она идеально подходит для солнечных проектов, таких как DSCOVR, поскольку это дает возможность измерять параметры солнечного ветра и межпланетного магнитного поля до того, как он достигнет Земли. Это дает нам время от 15 до 60 минут (в зависимости от скорости солнечного ветра) относительно того, какие структуры солнечного ветра находятся на пути к Земле.
Изображение: местоположение спутника в точке L1 Солнца-Земли.
Данные солнечного ветра в реальном времени и межпланетном магнитном поле, которые мы можем найти на этом веб-сайте, поступают со спутниковой космической климатической обсерватории DSCOVR расположенной на орбите вблизи точки Земли Лагранжа Солнца 1. В этой точке между Солнцем и Землей, гравитационное воздействие на спутники со стороны Солнца и Земли равно по величине. Это означает, что они могут оставаться на стабильной орбите находясь в этой точке. Она идеально подходит для солнечных проектов, таких как DSCOVR, поскольку это дает возможность измерять параметры солнечного ветра и межпланетного магнитного поля до того, как он достигнет Земли. Это дает нам время от 15 до 60 минут (в зависимости от скорости солнечного ветра) относительно того, какие структуры солнечного ветра находятся на пути к Земле.
Физические свойства воздуха: плотность, вязкость, удельная теплоемкость
Рассмотрены основные физические свойства воздуха: плотность воздуха, его динамическая и кинематическая вязкость, удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля и энтропия. Свойства воздуха даны в таблицах в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении.
Плотность воздуха в зависимости от температуры
Представлена подробная таблица значений плотности воздуха в сухом состоянии при различных температурах и нормальном атмосферном давлении. Чему равна плотность воздуха? Аналитически определить плотность воздуха можно, если разделить его массу на объем, который он занимает при заданных условиях (давление, температура и влажность). Также можно вычислить его плотность по формуле уравнения состояния идеального газа. Для этого необходимо знать абсолютное давление и температуру воздуха, а также его газовую постоянную и молярный объем. Это уравнение позволяет вычислить плотность воздуха в сухом состоянии.
На практике, чтобы узнать какова плотность воздуха при различных температурах, удобно воспользоваться готовыми таблицами. Например, приведенной таблицей значений плотности атмосферного воздуха в зависимости от его температуры. Плотность воздуха в таблице выражена в килограммах на кубический метр и дана в интервале температуры от минус 50 до 1200 градусов Цельсия при нормальном атмосферном давлении (101325 Па).
| t, °С | ρ, кг/м 3 | t, °С | ρ, кг/м 3 | t, °С | ρ, кг/м 3 | t, °С | ρ, кг/м 3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1,584 | 20 | 1,205 | 150 | 0,835 | 600 | 0,404 |
| -45 | 1,549 | 30 | 1,165 | 160 | 0,815 | 650 | 0,383 |
| -40 | 1,515 | 40 | 1,128 | 170 | 0,797 | 700 | 0,362 |
| -35 | 1,484 | 50 | 1,093 | 180 | 0,779 | 750 | 0,346 |
| -30 | 1,453 | 60 | 1,06 | 190 | 0,763 | 800 | 0,329 |
| -25 | 1,424 | 70 | 1,029 | 200 | 0,746 | 850 | 0,315 |
| -20 | 1,395 | 80 | 1 | 250 | 0,674 | 900 | 0,301 |
| -15 | 1,369 | 90 | 0,972 | 300 | 0,615 | 950 | 0,289 |
| -10 | 1,342 | 100 | 0,946 | 350 | 0,566 | 1000 | 0,277 |
| -5 | 1,318 | 110 | 0,922 | 400 | 0,524 | 1050 | 0,267 |
| 0 | 1,293 | 120 | 0,898 | 450 | 0,49 | 1100 | 0,257 |
| 10 | 1,247 | 130 | 0,876 | 500 | 0,456 | 1150 | 0,248 |
| 15 | 1,226 | 140 | 0,854 | 550 | 0,43 | 1200 | 0,239 |
Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при различных температурах
При нагревании воздуха увеличиваются значения как кинематической, так и динамической вязкости. Эти две величины связаны между собой через величину плотности воздуха, значение которой уменьшается при нагревании этого газа. Увеличение кинематической и динамической вязкости воздуха (как и других газов) при нагреве связано с более интенсивным колебанием молекул воздуха вокруг их равновесного состояния (согласно МКТ).
Представлена таблица удельной теплоемкости воздуха при различных температурах. Теплоемкость в таблице дана при постоянном давлении (изобарная теплоемкость воздуха) в интервале температуры от минус 50 до 1200°С для воздуха в сухом состоянии. Чему равна удельная теплоемкость воздуха? Величина удельной теплоемкости определяет количество тепла, которое необходимо подвести к одному килограмму воздуха при постоянном давлении для увеличения его температуры на 1 градус. Например, при 20°С для нагревания 1 кг этого газа на 1°С в изобарном процессе, требуется подвести 1005 Дж тепла.
Следует отметить, что теплоемкость влажного воздуха выше, чем сухого. Если сравнить теплоемкость воды и воздуха, то очевидно, что вода обладает более высоким ее значением и содержание воды в воздухе приводит к увеличению удельной теплоемкости.
| t, °С | Cp, Дж/(кг·град) | t, °С | Cp, Дж/(кг·град) | t, °С | Cp, Дж/(кг·град) | t, °С | Cp, Дж/(кг·град) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1013 | 20 | 1005 | 150 | 1015 | 600 | 1114 |
| -45 | 1013 | 30 | 1005 | 160 | 1017 | 650 | 1125 |
| -40 | 1013 | 40 | 1005 | 170 | 1020 | 700 | 1135 |
| -35 | 1013 | 50 | 1005 | 180 | 1022 | 750 | 1146 |
| -30 | 1013 | 60 | 1005 | 190 | 1024 | 800 | 1156 |
| -25 | 1011 | 70 | 1009 | 200 | 1026 | 850 | 1164 |
| -20 | 1009 | 80 | 1009 | 250 | 1037 | 900 | 1172 |
| -15 | 1009 | 90 | 1009 | 300 | 1047 | 950 | 1179 |
| -10 | 1009 | 100 | 1009 | 350 | 1058 | 1000 | 1185 |
| -5 | 1007 | 110 | 1009 | 400 | 1068 | 1050 | 1191 |
| 0 | 1005 | 120 | 1009 | 450 | 1081 | 1100 | 1197 |
| 10 | 1005 | 130 | 1011 | 500 | 1093 | 1150 | 1204 |
| 15 | 1005 | 140 | 1013 | 550 | 1104 | 1200 | 1210 |
Теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля воздуха
Теплопроводность воздуха λ при повышении температуры увеличивается во всем диапазоне, достигая при 1200°С величины 0,0915 Вт/(м·град). Другие теплофизические свойства воздуха такие, как его температуропроводность a и число Прандтля Pr, по-разному реагируют на изменение температуры. Температуропроводность, как и вязкость воздуха сильно зависит от температуры и при нагревании, например с 0 до 1200°С, ее значение увеличивается почти в 17 раз.
Число Прандтля воздуха слабо зависит от температуры и при нагревании этого газа его величина сначала снижается до величины 0,674, а затем начинает расти, и при температуре 1200°С достигает значения 0,724.
Энтропия сухого воздуха
Источники:
Что такое плотность? Какие факторы влияют на нее? Плотность воздуха: описание
Если разделить массу тела на объем или площадь, которую она занимает, то получим плотность тела (поверхности). Некоторые вещества состоят из нескольких компонентов. У каждого из них своя плотность. При расчетах используется их сумма. Полученный результат и является плотностью всего вещества (соединения). Данный показатель может определяться для разных тел. Во многих случаях именно плотность является определяющим параметром при расчетах, осуществлении работ и при прочих важных обстоятельствах. Далее в статье рассмотрим общее значение понятия. Выясним, какое значение имеет плотность воздуха. Рассмотрим также влияние тех или иных факторов на показатель.
Виды плотности
Тела существуют различные. Так же, как и бывают разные состояния веществ. Есть, например, жидкости и газы. Есть сыпучие и пористые тела. Для них существуют такие плотности: истинная (не берут во внимание учет пустот), удельная (отношение массы всего вещества к объему, которое она занимает). Существует коэффициент пористости (часть объема пустот, которые есть во всем объеме). Именно с помощью этого коэффициента получают истинную плотность.
Зависимость от температуры
Много ли факторов способны изменить плотность? Рассмотрим основные внешние явления, которые могут обладать такой способностью. Плотность увеличивается, когда уменьшается температура. Хотя некоторые вещества являются исключениями. К ним относятся, например, вода, чугун и бронза. В этом случае изменения происходят по-другому. Самая высока плотность у воды, когда жидкость достигает 4 градусов тепла, а если температура становится выше или ниже, то она уменьшается.
Важность агрегатного состояния
Прочие факторы
Плотность воздуха играет большую роль в жизни всего живого на планете, хотя мало кто задумывается об этом явлении. Почему парят птицы в воздухе, летают самолеты, а какой-то предмет падает на землю, а не задерживается в пространстве? Кроме того, в этом всем участвует и плотность воздуха. Однако это соединение обладает и прочими свойствами. Так, когда говорят о погодных условиях, то используют такое определение, как влажность воздуха. Если он сухой, то человеку тяжелее дышать и передвигаться, любое существо испытывает дискомфорт. Как только хоть немного появляется влаги, то эти ощущения пропадают. А ведь все это зависит от того, что сухой воздух имеет большую плотность, а судя из соотношения, и массу. Все это изучалось еще в школьные годы на уроках физики.
Исследования Ньютона
Если задуматься, то такие явления, перечисленные выше, могут показаться непонятными. Ведь как сухой воздух может быть тяжелее того, который насыщен влагой? А именно водой в газообразном состоянии. Но это парадоксальное явление давно доказали ученые, да еще и подтвердили многими исследованиями. Первый, кто об этом начал говорить, был Исаак Ньютон. Все свои мысли и доводы он написал в книге «Оптика». Ученый говорил о том, что именно плотность влажного воздуха ниже, чем у сухого. В 1717 году эта книга вышла в свет в Лондоне. Но, к сожалению, гипотезы известного ученого не взяли во внимание, «Оптика» не имела большого успеха.
Опыт Авогадро
Как определить плотность воздуха
Провести непосредственные измерения не представляется возможным. Для расчетов существуют конкретные формулы, чтобы получить нужный показатель. Есть 2 вида плотностей: весовая и массовая. В основном используют последнюю.
1. Буквой g обозначают весовую плотность воздуха (это вес на один кубометр). Измеряется он соотношением веса соединения (который вымеряют в кгс) на его объем (м 3 ).
2. Из-за многих нюансов показатели могут меняться. Влияет на это вращение Земли, географическая широта, сила инерции. Так, например, на экваторе вес будет меньше на 5% по сравнению с полюсами. Было измерено то, что если давление будет 769 мм рт. ст, а температура будет +15, то один кубометр будет иметь весовую плотность около 1,225 кгс.
5. Если давление увеличится, а температура, наоборот, понизится, то плотность воздуха будет расти. Исходя из такого утверждения можно сделать вывод, что в зимние морозы она будет самая высокая. Чем выше подниматься в пространстве, тем больше будет уменьшаться плотность, ведь давление становится меньше.
