Cum se calculează vântul

Vântul este o masă de aer care se deplasează mai ales într-o direcție orizontală de la o zonă de presiune ridicată către o zonă cu presiune scăzută. Vânturile foarte puternice pot fi cu adevărat distructive, deoarece generează o forță puternică pe suprafețele unei structuri. Este necesar să se calculeze presiunea vântului pentru a proiecta și a construi clădiri mai sigure, mai rezistente la curenții de aer și pentru a poziționa corect elementele, cum ar fi antenele, chiar deasupra clădirilor.

conținut

Paşi
Partea 1
Partea 2

paşi

Partea 1

Formula generică

Definiți formula generică. Asta este F = A x P x Cd unde F este forța exercitată de vânt, A este zona proiectată a obiectului, P presiunea vântului e CD este coeficientul aerodinamic de rulare. Această ecuație este utilă pentru calcularea forței exercitate de vânt (forța) asupra unui obiect specific cu o zonă cunoscută.

Calculează suprafața proiectată a obiectului (A). Aceasta este suprafața bidimensională a unui obiect tridimensional lovit de vânt. Pentru o analiză completă, veți repeta calculul pe fiecare față a structurii. De exemplu, dacă fațada de vest a clădirii are o suprafață de 20 m², utilizați această valoare pentru a calcula presiunea vântului pe fațada specifică.

Formula pentru calcularea ariei depinde de dimensiunea și forma fațadei. Dacă este un perete plat, utilizați formula Zonă = lungime x înălțime. Dacă este o coloană, se aproximează prin înmulțirea diametrului în funcție de înălțime, în conformitate cu această altă formulă Zonă = diametru x înălțime.

Dacă utilizați Sistemul Metric Internațional (SI), zona este măsurată în metri pătrați (m²);

Dacă utilizați sistemul metric imperial, zona este măsurată în metri pătrați (ft²).

Calculați presiunea vântului. Formula pentru determinarea presiunii, exprimată în PSF (kilogram pe picior pătrat) în sistemul metric imperial, este P = 0,00256 x V², unde "V" este viteza vântului în mph (mile pe oră). Pentru a calcula presiunea în conformitate cu sistemul metric internațional exprimat în N / m² (Newton pe metru pătrat) utilizează formula P = 1/2 x ρ x V², unde "V" este viteza vântului exprimată în m / s (metri pe secundă) e "ρ" este densitatea aerului convențional convențional luată la 1,25 kg / m³. Înlocuind valoarea "ρ" în formula pe care o vom avea atunci P = 1/2 x 1,25 kg / m³ x V² și în consecință P = 0,615 x V².

Această formulă se bazează pe codul Societății Americane de Ingineri Civile. Coeficientul 0.00256 este rezultatul unui calcul bazat pe valorile tipice ale densității aerului și ale accelerației gravitaționale.

Inginerii folosesc o formulă mai exactă în care sunt luați în considerare și alți factori, cum ar fi terenul înconjurător și tipul de construcție. Puteți examina una dintre formulele din codul ASCE 7-05 sau puteți folosi formula UBC în paragrafele următoare.

Dacă nu sunteți sigur de valoarea vântului, puteți obține viteza maximă a vântului în zona dvs. utilizând standardele Asociația Industriilor Electronice (EIA) sau folosiți o masă specifică în conformitate cu reglementările care reglementează acest tip de aplicație. Diferitele zone teritoriale au referințe diferite.

Stabilește coeficientul de rezistență pentru obiectul în cauză. Tracțiunea aerodinamică este forța rezultantă în direcția fluxului de fluid generat de presiunea pe suprafața unui obiect. Coeficientul aerodinamic reprezintă rezistența unui obiect în interiorul unui fluid și depinde de forma, dimensiunea și rugozitatea acestuia. Pentru o valoare aproximativă, este posibil să se utilizeze tabelul referitor la forma obiectului în cauză. De exemplu:

Coeficientul aerodinamic standard pentru un tub cilindric lung este de 1,2, în timp ce pentru un cilindru scurt este de 0,8. Aceste valori se aplică antenelor tubulare situate în partea de sus a mai multor clădiri.

Coeficientul standard pentru o placă plană, cum ar fi fațada unei clădiri, este 2,0 în cazul unei plăci lungi și 1,4 pentru plăcile mai scurte.

Diferența dintre un coeficient pentru o suprafață plană și o suprafață cilindrică este de aproximativ 0,6.

Coeficientul aerodinamic nu are o unitate de măsură.

Calculați presiunea vântului. Folosind valorile descrise mai sus, puteți calcula acum presiunea vântului cu ecuația F = A x P x Cd.

Exemplu. Să presupunem că vrem să stabilim forța vântului care călătorește la 100 km / h pe o antenă de 2 m cu un diametru de 5 cm.

Începeți prin calcularea zonei proiectate. În acest caz, vom avea: A = diametru x înălțime = 2 m x 0,05 m = 0,1 m² (este necesară conversia centimetrilor în metri);

Calculați presiunea vântului. Conform formulei anterioare (folosind sistemul metric internațional), vom avea: P = 0,615 x V². Știm că viteza trebuie exprimată în "metri pe secundă"prin urmare, înainte de a înlocui valoarea exactă, este necesar să convertiți datele în km / h la m / s. Știind că 1 km este de 1000 m și 1 secundă este 1/3600 de 1 oră, vom avea 100 x 10³ / 3600 = 100/3600 x 10³ = 27,778 m / s. Odată ce viteza este obținută, putem să o înlocuim în ecuația noastră P = 0,615 x 27,778² = 474.545 N / m².

Știm că în acest caz coeficientul aerodinamic standard este de aproximativ 0,8

Înlocuim acum toate valorile cunoscute din formula noastră:
F = A x P x Cd = (0,1 m²) x (474,545 N / m²) x 0,8 = 37,96 N = 0,038 kN.

Deci, forța exercitată de vânt pe antena este 0,038 kN.

Partea 2

Calculați presiunea vântului conform EIA (Electronic Industries Association)

Definim formula formulată de EIM. Formula de calcul al presiunii vântului este F = A x P x Cd x Kz x Gh, unde A este zona afectată, P este sarcina vântului, CD este coeficientul de rezistență, kz este coeficientul de expunere e gh este "raspuns raspuns factor". Această formulă ia în considerare mai mulți parametri pentru calculul presiunii vântului și este folosită în general pentru a determina încărcarea vântului pe antene.

Înțelegeți variabilele de ecuație. Pentru a putea utiliza o ecuație în mod corespunzător, trebuie mai întâi să înțelegeți ce reprezintă variabilele și care este unitatea de măsură pentru fiecare entitate.

A, P și CD ele sunt aceleași variabile utilizate în formula generică;

kz este coeficientul de expunere și este calculat luând în considerare înălțimea de la sol la punctul central al obiectului. Unitatea de măsură pentru acest parametru este piciorul (ft);

gh este "raspuns raspuns factor" și se calculează luând în considerare întreaga înălțime a obiectului. Unitatea de măsură este de 1 / picioare sau ft^-1.

Determină zona proiectată. Suprafața proiectată a obiectului variază în funcție de mărimea și greutatea sa. Dacă vântul atinge o suprafață plană, calculul suprafeței proiectate este mai ușor decât dacă suprafața era rotunjită. Zona proiectată va fi o aproximare a zonei în care vântul vine în contact. Nu există o formulă care să o determine, dar datorită unor calcule de bază este posibilă estimarea cantității. Unitatea de măsură pentru acest parametru este piciorul pătrat (ft²).

Pentru o suprafață plană, înmulțiți pur și simplu lățimea cu lungimea peretelui lovit de vânt;

Dacă este un tub sau o coloană, puteți aproxima zona folosind înălțime și lățime. În acest caz, lățimea nu este mai mult decât diametrul obiectului.

Calculați presiunea vântului. Acest parametru este dat de ecuație P = 0,00256 x V², unde V este viteza vântului exprimată în mile pe oră (mph). Unitatea de măsură pentru presiunea vântului este kilograma pe picior pătrat (psf).

De exemplu, dacă viteza vântului este de 70 mph, presiunea exercitată va fi dată de 0,00256 x 70² = 12,5 psf.

O alternativă pentru calcularea presiunii vântului la o viteză dată este utilizarea standardului stabilit în funcție de diferitele zone. De exemplu, în conformitate cu EIA, o mare parte din SUA este inclusă în zona A, unde viteza vântului este considerată 86,6 mph, dar zonele de pe coastă pot cădea în zona B (100 mph) sau în zona C (111 , 8 mph).

Determină coeficientul de rezistență al obiectului în cauză. Retragerea aerodinamică este forța în direcția fluxului datorită presiunii pe suprafața unui obiect. Acest coeficient reprezintă rezistența aerodinamică a unui obiect prin intermediul unui fluid și depinde de forma, mărimea și rugozitatea obiectului însuși.

Coeficientul de rezistență al unui tub cilindric lung este de 1,2 și pentru un cilindru mai scurt este de 0,8. Aceste standarde se aplică antenelor pe care le găsiți în multe clădiri.

Coeficientul de rezistență aerodinamic pentru o suprafață plană, cum ar fi fațada unei construcții, este de 2,0 (dacă este destul de lung), 1,4 dacă este o suprafață mai mică.

Diferența dintre cei doi coeficienți pentru obiectele plane sau cilindrice este de aproximativ 0,6.

Coeficientul de rezistență aerodinamic nu are o unitate de măsură.

Calculați coeficientul de expunere (kz). Acest parametru este calculat folosind formula [Z / 33]^(2/7)), z este înălțimea de la sol la punctul central al obiectului.

De exemplu, dacă aveți o antenă lungă de 3 ft la 48 ft deasupra solului, valoarea lui z Este de 46,5 ft.

Kz = [z / 33]^(2/7))= [46,5 / 33]^(2/7)) = 1,1 ft.

Calculați valoarea gh. Acest factor este calculat cu ajutorul ecuației Gh = 0,65 + 0,60 / [(h / 33)^(1/7)], unde h este înălțimea obiectului.

De exemplu, dacă aveți o antenă lungă de 3 ft la 48 ft deasupra solului, vom avea Gh = 0,65 + 0,60 / [(h / 33)^(1/7)]= 0,65 + 0,60 (51/33)^(1/7)= 1,22 ft^-1.

Calculați sarcina vântului. Folosind valorile obținute, puteți calcula acum presiunea vântului utilizând ecuația F = A x P x Cd x Kz x Gh. Înlocuiți valoarea pentru fiecare variabilă și efectuați calculul.

De exemplu, să presupunem că doriți să determinați forța vântului pe o antenă cu luncă de 3 metri cu diametrul de 0,5 cm, instalată pe partea superioară a unei structuri înalte de 48 de picioare, care este lovită de rafale de vânt la 70 mph.

Să începem prin calcularea zonei proiectate. În acest caz, vom avea: A = Lungh. x Lățime = 3 ft x [0,5 in x (1 ft / 12 in)] = 0,125 ft²;

Calculați presiunea vântului: P = 0,00256 x ² = 0,00256 x 70² = 12,5 psf-

Având în vedere un cilindru scurt, coeficientul de rezistență este de 0,8-

Kz = [z / 33]^(2/7)) = [46,5 / 33]^(2/7)) = 1,1 ft-

Gh = 0,65 + 0,60 / [(h / 33)^(1/7)]= 0,65 + 0,60 (51/33)^(1/7)= 1,22 ft^-1

Înlocuiți valorile din ecuația: F = A x P x Cd x Kz x Gh = 0,125 x 12,5 x 0,8 x 1,1 x 1,22 = 1,68 lbs.

Presiunea vântului este, prin urmare, 1,68 lbs.

Afișează mai mult ... (2)

Distribuiți pe rețelele sociale:

înrudit