Что такое ветровые волны

Ветровые волны

Ветровые волны создаются вследствие воздействия ветра (передвижение воздушных масс) на поверхность воды, то есть нагнетания. Причина колебательных движений волн становится легко понятна, если заметить воздействие того же ветра на поверхность пшеничного поля. Хорошо заметна непостоянность ветровых потоков, которые и создают волны.

В силу того что вода является веществом более плотным, чем воздух (примерно в 800 раз) — реакция воды на воздействие ветра несколько «запаздывает», и рябь переходит в волны лишь через некоторое расстояние и время при условии постоянного воздействия ветра. Если учесть такие параметры, как постоянность потока ветра, его направление, скорость, площадь воздействия, а также предыдущее состояние колебания поверхности водной глади, то мы получаем направление волны, высоту волны, частоту волны, наложение нескольких колебаний-направлений на один и тот же участок поверхности воды. Следует отметить, что направление волны не всегда совпадает с направлением ветра. Это особо заметно при изменении направления ветра, смешивании разных воздушных потоков, изменении условий среды воздействия (открытое море, гавань, суша, залив или любое другое достаточно большое тело, способное внести изменение в тенденцию воздействия и образования волн)- это означает, что иногда ветер гасит волны.

Содержание

Вертикальное движение волн

В отличие от постоянных потоков в реках, что идут в практически одном и том же направлении, энергия волн содержится в их вертикальном колебании и частично горизонтальном при малой глубине. Высота волны, а точнее, её распределение, расценивается как 2/3 над среднестатистической поверхностью воды и всего лишь на 1/3 в глубь. Примерно такое же соотношение отмечается и в скорости движения волны вверх и вниз. Вероятно, эта разница вызвана разной природой сил воздействия на движение волны: при подъёме водной массы действует в основном давление (волну буквально выдавливает из моря повышенное давление воды на данном участке и сравнительно низкое сопротивление-давление воздуха). При движении волны вниз в основном действуют сила гравитации, вязкость жидкости, давление ветра на поверхность. Противодействуют этому процессу: инерция предыдущего движения воды, внутреннее давление моря (вода медленно уступает место опускающейся волне — перемещая давление в близлежащие районы воды), плотность воды, вероятные восходящие потоки воздуха (пузыри), возникающие при опрокидывании гребня волны, и т. д.

Волны как возобновляемый источник энергии

Особенно важно отметить тот факт, что ветровые волны являются сконцентрированной энергией ветра. Волны передаются на большие расстояния и сохраняют в себе потенциал энергии на долгое время. Так, часто можно наблюдать волнение моря после бури или шторма, когда ветер давно стих, или волнение моря при штиле. Это даёт волнам большое преимущество как возобновляемому источнику энергии в ввиду его сравнительного постоянства и возможности прогнозирования, поскольку волны возникают практически с небольшой задержкой после возникновения ветра и продолжают существовать долго после него, перемещаясь на далёкие расстояния, что делает получение электроэнергии от волн более рентабельным по сравнению с ветрогенераторами. Сюда следует добавить постоянство морского волнения вне зависимости от времени суток или облачности, что делает волновые генераторы более рентабельными по сравнению с солнечными батареями, так как солнечные батареи вырабатывают электричество только днём и желательно при ясной летней погоде — зимой же процент производительности ниспадает до 5 % от предполагаемой мощности батареи.

Колебания водной поверхности являются результатом воздействия солнечной активности. Солнце нагревает поверхность планеты (причём неравномерно — суша нагревается быстрее, чем море), повышение температуры поверхности приводит к повышению температуры воздуха — а это, в свою очередь, приводит к расширению воздуха, что означает повышение давления. Как известно, воздух с избыточным давлением перетекает в область с менее высоким давлением — то есть создаётся ветер. А ветер нагнетает волны. Надо отметить, что этот феномен также хорошо действует и в обратном направлении, когда поверхность планеты неравномерно остывает.

Сложность воплощения волновых генераторов в реальность заключается в самой водной среде и её непостоянстве. Известны случаи высоты волн в 30 и более метров. Сильны волнения или высокая энергоконцентрация волн в районах ближе к полюсам (в среднем 60-70 кВ/кв.м.). Этот факт ставит перед изобретателями, работающими в северных широтах, задачу обеспечить должную надежность устройства, чем уровень КПД. И наоборот — в Средиземном море и Чёрном море, где энергоёмкость волн составляет в среднем около 10 кВч/квадратный метр, конструкторы, кроме живучести установки в неблагоприятных условиях, вынуждены искать способы повышения эффективности установки (КПД), что неизменно приведёт последних к созданию более рентабельных установок. Примером может послужить Австралийский проект Oceanlinx.

В Российской Федерации эта ниша производства электроэнергии пока не заполнена, несмотря на практически неограниченные водные просторы разной энергоёмкости, начиная с Байкала, Каспийского, Чёрного морей и кончая Тихим Океаном и другими северными водными просторами (на период незамерзания).

Кроме того, в местах преобразования волн в электроэнергию морская жизнь становится более богатой ввиду того, что дно не подвергается деструктивным воздействиям во время шторма.

Источник

ВЕТРОВЫЕ ВОЛНЫ

Смотреть что такое «ВЕТРОВЫЕ ВОЛНЫ» в других словарях:

Ветровые волны — Штормовые волны в Северной части Тихого Океана … Википедия

ветровые волны — 3.2 ветровые волны: Колебательное движение воды, вызванное ветром при его воздействии на свободную поверхность; Источник: СП 38.13330.2012: Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов) … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

гравитационные ветровые волны — Волны на воде, возникающие от действия ветра на свободную поверхность воды, в формировании которых основную роль играет сила тяжести. [СО 34.21.308 2005] Тематики гидротехника … Справочник технического переводчика

гравитационные ветровые волны — 3.13.34 гравитационные ветровые волны: Волны на воде, возникающие от действия ветра на свободную поверхность воды, в формировании которых основную роль играет сила тяжести. Источник: СО 34.21.308 2005: Гидротехника. Основные понятия. Термины и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Волны морские — волны на поверхности моря или океана. Благодаря большой подвижности частицы воды под действием разного рода сил легко выходят из состояния равновесия и совершают колебательные движения. Причинами, вызывающими появление волн, являются… … Большая советская энциклопедия

Волны на поверхности жидкости — Волны, возникающие и распространяющиеся по свободной поверхности жидкости или на поверхности раздела двух несмешивающихся жидкостей. В. на п. ж. образуются под влиянием внешнего воздействия, в результате которого поверхность жидкости… … Большая советская энциклопедия

ВОЛНЫ НА ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКОСТИ — волны, возникающие и распространяющиеся по свободной поверхности жидкости или по поверхности раздела двух несмешивающихся жидкостей. В. на п. ж. образуются под влиянием внеш. воздействия, в результате к рого поверхность жидкости выводится из… … Физическая энциклопедия

волны морские — периодические колебания поверхности моря или океана, обусловленные возвратно колебательными или круговыми движениями воды. В зависимости от причин, вызывающих движение, различаются волны ветровые, приливные (приливы и отливы), барические (сейши)… … Географическая энциклопедия

Волны на воде — Механика сплошных сред Сплошная среда Классическая механика … Википедия

Волны на поверхности жидкости — Механика сплошных сред … Википедия

Источник

Ветровые волны

Ветровые волны возникают под действием ветра, и их называют поступательными волнами. После прекращения действия ветра волны в силу инерции еще продолжаются, и такие волны получили название зыби (на рисунке).

Рис. Профиль волны и ее элементы (Судольский, 1991):

Крутизна волны (ϵ) определяется делением высоты волны (h) на ее длину (λ).

ϵ = h/λ

Скорость волны равна

с = λ/Т

Соотношения между элементами трохоидальной волны приведены в таблице ниже. Причем длина волны (λ), период волны (Т) и скорость волны (с) взаимозависимы, и их можно определить по формулам. Высота волны (h) не входит в указанные зависимости, и она определяется наблюдением или другими методами, например, по номограмме А. П. Браславского (1952).

Таблица. Соотношение между элементами трохоидальных волн

Элемент волны	Длина (λ), м	Период (Т), с	Скорость (с), м/с
Длина (λ), м	—	1,56T 2	0,64c 2
Период (Т), с	0,8√λ	—	0,64c
Скорость (с), м/c	1, 28√λ	1,56T	—
Орбитальная скорость (υ)	h√15,4 / √λ	h(31,4/T)	h (4,9/c)

Для вычисления высоты и длины волны часто используют формулы В. Г Андриянова (1957):

h=0,0208 W 5/4 D 1/3 и λ = 0,304 W D 1/2

и H. А. Лабзовского (1976):

h= 0,073 W √E D и λ = 0,073 W √D/E,

Высоту волны можно рассчитать по простейшим формулам Стивенсона в крупных озерах (L>60 км):

h = 0,33 √L

и малых озерах (L 4 √L

Но в озерах с L менее 1 км формула дает не всегда реальный показатель высоты волны.

В формулах Е. А. Дьяковой и Н. Д. Шитова помимо длины разгона (D) и скорости ветра (W) учтена глубина водоема (Н, м):

h = 0,0186 W 0,71 D 0,24 H 0,54

h = 0,151 H 0,34 W D 0,33

λ = 0,104 H 0,57 W D 0,33

Для быстрой оценки элементов волн (высота, длина, период и скорость распространения) в зависимости от длины разгона и скорости ветра можно использовать таблицу Н. А. Лабзовского (1952).

Характеристики волнения и состояния водоемов оценивают по шкале степени ветрового волнения и шкале состояния поверхности озера и водохранилища под влиянием ветра (см. таблицу).

Вода придонных компенсационных течений на повышенных участках дна или в узких мелководных заливах поднимается вверх. Это выражается в аномально низких температурах по сравнению с температурами на соседних глубоких участках.

Источник

Ветровая волна

Хотя волны обычно рассматриваются в водных морях Земли, углеводородные моря Титана также могут иметь ветровые волны. [3] [4]

Содержание

Формирование [ править ]

Подавляющее большинство крупных бурунов, которые можно увидеть на пляже, вызвано далекими ветрами. На формирование структур течения в ветровых волнах влияют пять факторов: [5]

Все эти факторы работают вместе, чтобы определить размер водных волн и структуру потока внутри них.

Основные измерения, связанные с волнами:

Волновое образование на изначально плоской водной поверхности ветром начинается случайным распределением нормального давления турбулентного ветрового потока над водой. Это колебание давления вызывает нормальные и касательные напряжения в поверхностных водах, которые создают волны. Предполагается, что: [7]

Второй механизм связан с силами сдвига ветра на поверхности воды. Джон В. Майлз предложил механизм генерации поверхностных волн, который инициируется турбулентными сдвиговыми потоками ветра на основе невязкого уравнения Орра-Зоммерфельда в 1957 году. Он обнаружил, что передача энергии от ветра к поверхности воды пропорциональна кривизне профиля скорости потока ветер в точке, где средняя скорость ветра равна скорости волны. Поскольку профиль скорости ветра логарифмичен относительно поверхности воды, кривизна в этой точке имеет отрицательный знак. Это соотношение показывает, как ветровой поток передает свою кинетическую энергию поверхности воды на их границе раздела.

Обычно эти механизмы формирования волн возникают вместе на поверхности воды и в конечном итоге создают полностью развитые волны.

Например, [9], если мы предположим, что поверхность моря плоская (состояние 0 по шкале Бофорта), и внезапный поток ветра постоянно дует через поверхность моря, процесс генерации физических волн следует последовательности:

Типы [ править ]

Со временем развиваются три разных типа ветровых волн:

Спектр [ править ]

Океанские волны можно классифицировать на основе: возмущающей силы, которая их создает; степень, в которой возмущающая сила продолжает влиять на них после формирования; насколько восстанавливающая сила ослабляет или сглаживает их; и их длина волны или период. Сейсмические морские волны имеют период около 20 минут и скорость 760 км / ч (470 миль в час). Ветровые волны (глубоководные волны) имеют период около 20 секунд.

[15]

Тип волны	Типичная длина волны	Возмущающая сила	Восстанавливающая сила
Капиллярная волна	C = L / T <\displaystyle C=/> Скорость глубоководной волны также можно приблизительно определить следующим образом: Скорость волн на мелководье описывается другим уравнением, которое можно записать как: Обмеление и преломление [ править ] Нарушение [ править ] Некоторые волны претерпевают явление под названием «нарушение». [17] разрыв волна одна база которого больше не может поддерживать свою вершину, заставляя его разрушиться. Волна разбивается, когда она выходит на мелководье или когда две волновые системы противостоят и объединяют силы. Когда наклон или крутизна волны слишком велика, разбивка неизбежна. На мелководье основание волны замедляется за счет сопротивления морскому дну. В результате верхние части будут двигаться с более высокой скоростью, чем основание, и передняя поверхность гребня станет более крутой, а задняя поверхность более плоской. Это может быть преувеличено до такой степени, что передняя поверхность образует профиль ствола с гребнем, опускающимся вперед и вниз, когда он простирается по воздуху перед волной. Когда береговая линия близка к вертикали, волны не разбиваются, а отражаются. Большая часть энергии сохраняется в волне, когда она возвращается в сторону моря. Интерференционные картины вызваны наложением падающих и отраженных волн, и это наложение может вызвать локализованную нестабильность при пересечении пиков, и эти пики могут сломаться из-за нестабильности. (см. также клапотические волны ) Физика волн [ править ] c = g λ 2 π tanh ⁡ ( 2 π d λ ) <\displaystyle c=<\sqrt <<\frac <2\pi >>\tanh \left(<\frac <2\pi d><\lambda >>\right)>>> С другой стороны, для очень коротких длин волн поверхностное натяжение играет важную роль, и фазовая скорость этих гравитационно-капиллярных волн может (на большой глубине) быть аппроксимирована выражением c gravity-capillary = g λ 2 π + 2 π S ρ λ <\displaystyle c_<\text>=<\sqrt <<\frac <2\pi >>+<\frac <2\pi S><\rho \lambda >>>>> Модели [ править ] Ветровую волну можно спрогнозировать на основе двух параметров: скорости ветра на высоте 10 м над уровнем моря и продолжительности ветра, который должен дуть в течение длительных периодов времени, чтобы считаться полностью развитым. Затем можно спрогнозировать значительную высоту волны и пиковую частоту для определенной длины выборки. [28] Сейсмические сигналы [ править ] Океанские водные волны генерируют наземные сейсмические волны, которые распространяются на сотни километров вглубь суши. [29] Эти сейсмические сигналы обычно имеют период 6 ± 2 секунды. О таких записях впервые сообщили примерно в 1900 году. Источник Ветровая волна Хотя волны обычно рассматриваются в водных морях Земли, углеводородные моря Титана также могут иметь ветровые волны. [3] [4] Все эти факторы работают вместе, чтобы определить размер водных волн и структуру потока внутри них. Основные параметры, связанные с волнами: Волнообразование на изначально плоской водной поверхности ветром начинается случайным распределением нормального давления турбулентного ветрового потока над водой. Это колебание давления вызывает нормальные и касательные напряжения в поверхностных водах, которые создают волны. Предполагается, что: [7] Второй механизм связан с силами сдвига ветра на поверхности воды. Джон У. Майлз предложил механизм генерации поверхностных волн, который инициируется турбулентными сдвиговыми потоками ветра на основе невязкого уравнения Орра-Зоммерфельда в 1957 году. Он обнаружил, что передача энергии от ветра к поверхности воды пропорциональна кривизне профиля скорости движения воды. ветер в точке, где средняя скорость ветра равна скорости волны. Поскольку профиль скорости ветра логарифмичен по отношению к поверхности воды, кривизна в этой точке имеет отрицательный знак. Это соотношение показывает, как ветровой поток передает свою кинетическую энергию поверхности воды на их границе раздела. Обычно эти механизмы формирования волн возникают вместе на поверхности воды и в конечном итоге создают полностью развитые волны. Например, [9], если мы предполагаем, что поверхность моря плоская (состояние 0 по шкале Бофорта), и внезапный поток ветра постоянно дует через поверхность моря, процесс генерации физических волн следует последовательности: Со временем развиваются три разных типа ветровых волн: Океанские волны можно классифицировать на основе: возмущающей силы, которая их создает; степень, в которой возмущающая сила продолжает влиять на них после формирования; степень, до которой восстанавливающая сила ослабляет или сглаживает их; и их длина волны или период. Сейсмические морские волны имеют период около 20 минут и скорость 760 км / ч (470 миль в час). Ветровые волны (глубоководные волны) имеют период около 20 секунд. Скорость глубоководной волны также можно приблизительно определить следующим образом: C знак равно 1,251 L <\ displaystyle C = 1,251 <\ sqrt >> Скорость волн на мелководье описывается другим уравнением, которое можно записать как: C знак равно грамм d знак равно 3.1 d <\ displaystyle C = <\ sqrt > = 3,1 <\ sqrt >> Некоторые волны претерпевают явление под названием «нарушение». [17] разрыв волна одна база которого больше не может поддерживать свою вершину, заставляя его разрушиться. Волна разбивается, когда она выходит на мелководье или когда две волновые системы противостоят и объединяют силы. Когда наклон или крутизна волны слишком велика, разбивка неизбежна. На мелководье основание волны замедляется за счет сопротивления морскому дну. В результате верхние части будут двигаться с большей скоростью, чем основание, и передняя поверхность гребня станет более крутой, а задняя поверхность более плоской. Это может быть преувеличено до такой степени, что передняя поверхность образует профиль ствола с гребнем, падающим вперед и вниз, когда он простирается по воздуху перед волной. Когда береговая линия близка к вертикали, волны не разбиваются, а отражаются. Большая часть энергии сохраняется в волне, когда она возвращается к морю. Интерференционные картины вызваны наложением падающих и отраженных волн, и это наложение может вызвать локализованную нестабильность при пересечении пиков, и эти пики могут сломаться из-за нестабильности. (см. также клапотические волны ) С другой стороны, для очень коротких длин волн поверхностное натяжение играет важную роль, и фазовая скорость этих гравитационно-капиллярных волн может (на большой глубине) быть аппроксимирована выражением c гравитационно-капиллярный знак равно грамм λ 2 π + 2 π S ρ λ <\ displaystyle c _ <\ text > = <\ sqrt <<\ frac <2 \ pi>> + <\ frac <2 \ pi S><\ rho \ lambda>>> >> Ветровую волну можно спрогнозировать на основе двух параметров: скорости ветра на высоте 10 м над уровнем моря и продолжительности ветра, который должен дуть в течение длительных периодов времени, чтобы считаться полностью развитым. Затем можно спрогнозировать значительную высоту волны и пиковую частоту для определенной длины выборки. [28] Волны океанской воды генерируют наземные сейсмические волны, которые распространяются на сотни километров вглубь суши. [29] Эти сейсмические сигналы обычно имеют период 6 ± 2 секунды. О таких записях впервые сообщили примерно в 1900 году. Есть два типа сейсмических «океанских волн». Первичные волны генерируются на мелководье в результате прямого взаимодействия водной волны с сушей и имеют тот же период, что и водные волны (от 10 до 16 секунд). Более мощные вторичные волны генерируются суперпозицией океанских волн равного периода, движущихся в противоположных направлениях, что приводит к возникновению стоячих гравитационных волн с соответствующими колебаниями давления на половине периода, которые не уменьшаются с глубиной. Теория генерации микросейсм стоячими волнами была предложена Майклом Лонге-Хиггинсом в 1950 году, после того как в 1941 году Пьер Бернар предложил эту связь со стоячими волнами на основе наблюдений. [30] [31] Источник ← Что такое ветровочный комбинезон Что такое ветровые на крыше → Вам также понравится Что такое trx в школе 17.04.202222.04.2022 admin 0 Директор ооо сменил фамилию что делать 15.04.202216.04.2022 admin 0 Что такое ilk yardim 17.04.202221.04.2022 admin 0 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сохранить моё имя, email и адрес сайта в этом браузере для последующих моих комментариев.