1、风压与风速的关系
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。
设速度为v的一定截面的气流冲击面积较大的结构物时,由于受到阻碍,气流改成向四周外围扩散,形成压力气幕,如下图所示。如果气流原先的压力强度为,气流冲击结构物后速度逐渐减小,其截面中心一点的速度减小至零时,在该点处产生的最大气流压强,设为。则结构物受气流冲击的最大压力强度为,此即工程上所定义的风压,记为w。
为求得风压w与风速v的关系,设气流每点的物理量不变,略去微小的位势差影响,取流线中任一小段dl,如图所示。设为作用于小段左端的压力,则作用于小段右端近压力气幕的压力为。
dl
w1dA
(w
2、1+dw1)dA
以顺流向的压力为正,作用于小段上的合力为,该合力应等于小段的气流质量M与顺流向加速度a的乘积,即。由此式可得,注意到,代入前式得,而方程的解为。此式称为伯努利方程,其中c为常数。从该方程可以看出,气流在运动过程中,其本身压力随流速变化而变化,流速快,则压力小;而流速慢,则压力大。当v=0时,,代入方程的;而当风速为v时,,则,因此,,此式即为风速与风压的关系公式,其中为空气单位体积的重力,g为重力加速度。
在气压为101.325kPa、常温15和绝对干燥的情况下,=0.012018,在纬度45处,海平面上的重力加速度为g=9.8,代入前式得此条件下的风压公式为。
由
3、于各地地理位置不同,因而和g值不同。在自转的地球上,重力加速度g不仅随高度变化,还随纬度变化。而空气重度与当地气压、气温和湿度有关。以此,各地的值均为相同。
风级、风速和风压对照表
风级
名称
风速(km/h)
风压
陆地地面物体征象
海面状态
0
无风
<1
0-0.2
0-0.0025
静
静
1
软风
1-5
0.3-1.5
0.0056-0.014
烟能表示方向,但风向标不动
微波
2
轻风
6-11
1.6-3.3
0.016-0.68
人面感觉有风,风向标转动
小波
3
微风
12-19
3.4-5.4
0.
4、72-1.82
树叶及微枝摇动不息,旌旗展开
小波
4
和风
20-28
5.5-7.9
1.89-3.9
能吹起地面纸张与灰尘
轻浪
5
清风
29-38
8.0-10.7
4-7.16
有叶的小树摇摆
中浪
6
强风
39-49
10.8-13.8
7.29-11.9
小树枝摇动,电线呼呼响
大浪
7
疾风
50-61
13.9-17.1
12.08-18.28
全树摇动,迎风步行不便
巨浪
8
大风
62-74
17.2-20.7
18.49-26.78
微枝折毁,人向前行阻力甚大
狂浪
9
烈风
75-88
5、
20.8-24.4
27.04-37.21
建筑物有小损
狂涛
10
狂风
89-102
24.5-28.4
37.52-50.41
可拔起树来,损坏建筑物
狂涛
11
暴风
103-117
28.5-32.6
50.77-66.42
陆上少见,有则必有广泛破坏
狂涛
12
飓风
>117
32.7-36.9
66.42-85.1
陆上极少见,摧毁力极大
海浪滔天
地区
地点
海拔高度(m)
地区
地点
海拔高度(m)
东
南
沿
海
青岛
77.0
1/1710
内
陆
承德
375.2
1
6、/1650
南京
61.5
1/1690
西安
416.0
1/1689
上海
5.0
1/1740
成都
505.9
1/1670
杭州
7.2
1/1740
伊宁
664.0
1/1750
温州
6.0
1/1750
张家口
712.3
1/1770
福州
88.4
1/1770
遵义
843.9
1/1820
永安
208.3
1/1780
乌鲁木齐
850.5
1/1800
广州
6.3
1/1740
贵阳
1071.2
1/1900
韶关
68.7
1/1760
安顺
1392.9
1/1
7、930
海口
17.6
1/1740
酒泉
1478.2
1/1890
柳州
97.6
1/1750
毕节
1510.6
1/1950
南宁
123.2
1/1750
昆明
1891.3
1/2040
天津
16.0
1/1670
大理
1990.5
1/2070
内
陆
汉口
22.8
1/1610
华山
2064.9
1/2070
徐州
34.3
1/1660
五台山
2895.8
1/2140
沈阳
41.6
1/1640
茶卡
3087.6
1/2250
北京
52.3
1/1820
昌都
3176.4
1/2550
济南
55.1
1/1610
拉萨
3658.0
1/2600
哈尔滨
145.1
1/1630
日喀则
3800.0
1/2650
萍乡
167.1
1/1630
五道梁
4612.2
1/2620
长春
215.7
1/1630
各地风压系数值