風的形成與特性2024目錄1風的形成機理2風速與風向3風能的計算4風切變5湍流強度1風的形成機理風是由空氣流動引起的一種自然現象，它是由太陽輻射熱引起?？諝獾牧鲃幼裱髿鈩恿W和熱力學變化的規律。1風的形成機理當陽光照射在地球表面上，地表的空氣受熱膨脹變輕而往上升。低空低溫的冷空氣橫向流入，上升的空氣因逐漸冷卻變重而降落，由于地表溫度較高又會加熱空氣使之上升，這種空氣循環往復的流動就產生了風。1風的形成機理風的主要類型及機理：1)三圈環流及其形成機理2)海陸風及其形成機理3)山谷風及其形成機理1直驅風力發電組

由于地球表面受熱不均，引起大氣層中空氣壓力不均衡，因此形成地面與高空的大氣環流。各環流圈伸屈高度，以赤道最高，中緯度次之，極地最低，這主要是由于地球表面增熱程度隨緯度增高而降低的緣故。這種環流在地球自轉偏向力的作用下，形成了赤道～緯度30°環流圈（哈德來環流）、緯度30°～60°環流圈、緯度60°～90°環流圈，這便形成了三圈環流。1風的形成機理三圈環流形成示意圖1風的形成機理海陸風是由于海洋和陸地的物理屬性的差異，造成海陸的受熱不均勻，白天陸地上增溫較海洋快，空氣上升。而海洋上空氣溫度相對較低，使地面有風自海洋吹向大陸，補充大陸地區上升氣流，而陸地上的上升氣流流向海洋上空而下沉，補充海上吹向大陸的氣流，形成完整的熱力環流。夜間的環流方向剛好與白天相反。1風的形成機理海陸風形成示意圖1風的形成機理山谷風白天，山坡接受太陽光熱多，空氣增溫較大；而山谷上空，同高度上的空氣因離地較遠，增溫較小。于是山坡上的暖空氣不斷上升，并從山坡上空流向谷地上空，谷底的空氣則沿著山坡向山頂補充，形成山坡與山谷之間的熱力環流。1風的形成機理山谷風形成示意圖2風的特性風作為一種自然現象，通常采用風速、風向、風頻等基本指標來表述。2風的特性風速風速是描述風特性的重要參數，風速分為瞬時風速和平均風速，單位為m/s或km/h，表示空氣在單位時間內運動的距離。2風的特性由于風是不斷變化的，通常所說的風速是指一段時間內各瞬時風速的算術平均值，及平均風速。算術平均值計算公式：2風的特性2風的特性風向氣象上把風吹來的方向定義為風向。理論上，風是從高壓區吹向低壓區。2風的特性2風的特性風頻風頻分為風速頻率和風向頻率。風速頻率是指各種速度的風出現的頻繁程度。對于風電機組利用的風能，最好的是平均風速高，而且風速變化小。2風的特性風向頻率是指各種風向出現的頻繁程度。對于風力發電機組而言，希望某一風向的頻率盡可能大，從而減小風電機組的對風。2風的特性3風能的計算風的動能其中：E—風的動能m—空氣質量v—風速速度為v的風流面積為A的流面時，風中所蘊含的功率為：其中：W—風功率ρ—空氣密度v—風速A—截面面積3風能的計算風能主要的影響參數為風速、風流經面積、空氣密度三個因數。1）風能的大小與風速的三次方成正比。因此，風速是影響風能的最大因素。2）風能的大小與風流經的面積成正比。對于風力發電機組而言，則與葉輪的掃風面積成正比。3風能的計算3）風能的大小與空氣密度成正比?？諝饷芏扰c空氣的濕度、溫度、海拔高度相關，不同區域的空氣密度都會有差異。3風能的計算風功率密度風功率密度是氣流垂直通過單位截面積的風能，它是表征一個區域的風資源富集程度。其中：E—風功率密度ρ—空氣密度v—風速3風能的計算4風切變風吹過地面，由于摩擦阻力的作用，導致風的能量減小并導致風速減小。受此影響的區域稱為“大氣邊界層”。大氣邊界層分為三個區域：底層（離地面2m以內）下部摩擦層（2-100m)上部摩擦層（100-2km)a、b統稱為地面邊界層4風切變大氣邊界層4風切變由于空氣運動的隨機性，目前主要采用統計的方法來描述風的主要特征：由于大氣溫度隨高度的變化所產生的溫差引起空氣上下對流流動。由于地球表面摩擦阻力的影響，風速隨高度變化。由于地球自轉引起的科氏力的作用，隨著高度增加，風向隨高度變化。由于湍流運動引起動量垂直變化，大氣湍流特性隨高度變化。4風切變風切變：平均風速隨高度的變化。在地面邊界層中，當不考慮風速隨溫度切變時，稱為中性層。在中性層中，理想、空曠平原上的風速隨高度的變化可解析地得到。4風切變風切變的影響：風切變為葉輪頂部到底部風速的差別，其在葉片上產生交變載荷，葉片每旋轉一周，由于風速上下不同，作用在葉片上的氣動力交變一次，是的機組疲勞載荷增加。4風切變風切變引起的載荷5湍流強度湍流強度大氣中的風速在小于1s到若干天的時間域、幾厘米到若干公里的空間域波動。5湍流強度一定時間內（大部分為10min）平均風速的波動由平均風速和湍流強度來描述。風速的波動與平均風速5湍流強度湍流強度定義為統計時間內（多為10min)標準差與平均風速的比值。5湍流強度湍流的影響：風電機組運行中，湍流作用在整個葉片上，尤其在葉根出產生交變彎矩載荷