Rüzgar mühendisliği - Wind engineering

Rüzgar mühendisliği , rüzgarın doğal ve yapılı çevredeki etkilerini analiz eden ve rüzgardan kaynaklanabilecek olası hasar, rahatsızlık veya faydaları inceleyen makine mühendisliği , yapı mühendisliği , meteoroloji ve uygulamalı fiziğin bir alt kümesidir . Mühendislik alanında, rahatsızlığa neden olabilecek kuvvetli rüzgarların yanı sıra kasırga , kasırga veya şiddetli fırtına gibi yaygın tahribata neden olabilecek aşırı rüzgarları içerir . Rüzgar enerjisi ve hava kirliliği alanlarında, elektrik üretimi ve kirleticilerin dağılımı ile ilgili olduğu için düşük ve orta dereceli rüzgarları da içerir.

Rüzgar mühendisliği meteoroloji , akışkanlar dinamiği , mekanik , coğrafi bilgi sistemleri ve aerodinamik ve yapısal dinamik dahil olmak üzere bir dizi özel mühendislik disiplininden yararlanır . Kullanılan araçlar arasında atmosferik modeller , atmosferik sınır tabaka rüzgar tünelleri ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği modelleri bulunur.

Rüzgar mühendisliği, diğer konuların yanı sıra şunları içerir:

  • Yapılar (binalar, köprüler, kuleler) üzerindeki rüzgar etkisi
  • Binaların yakınında rüzgar konforu
  • Bir binadaki havalandırma sistemine rüzgarın etkileri
  • Rüzgar enerjisi için rüzgar iklimi
  • Binaların yakınında hava kirliliği

Rüzgar mühendisliği, yapı mühendisleri tarafından deprem mühendisliği ve patlamadan korunma ile yakından ilgili olarak düşünülebilir .

Candlestick Park ve Arthur Ashe Stadyumu gibi bazı spor stadyumları , oyun koşullarını etkileyen güçlü, bazen girdap şeklinde rüzgarlarıyla bilinir.

Tarih

Rüzgar mühendisliğinin ayrı bir disiplin olarak izi 1960'larda Ulusal Fizik Laboratuvarı , Bina Araştırma Kuruluşu ve başka yerlerde gayri resmi toplantıların yapıldığı İngiltere'ye kadar izlenebilir . "Rüzgar mühendisliği" terimi ilk kez 1970 yılında ortaya çıktı. Alan Garnett Davenport , rüzgar mühendisliğinin gelişimine en önemli katkılardan biriydi. Alan Davenport rüzgar yükleme zincirini veya kısaca "rüzgar yükleme zincirini" geliştirmesiyle tanınır; bu, yapı üzerinde hesaplanan son yüke farklı bileşenlerin nasıl katkıda bulunduğunu açıklar.

Binalar üzerindeki rüzgar yükleri

Binaların tasarımı rüzgar yüklerini hesaba katmalıdır ve bunlar rüzgar kesmesinden etkilenir . Mühendislik amaçları için, bir güç yasası rüzgar hızı profili şu şekilde tanımlanabilir:

nerede:

= rüzgarın yükseklikteki hızı
= eğim yüksekliğinde eğimli rüzgar
= üstel katsayı


Tipik olarak binalar, 50 yıl veya daha uzun bir süre gibi çok uzun bir geri dönüş süresi olan güçlü bir rüzgara dayanacak şekilde tasarlanır. Tasarım rüzgar hızı, gelecekteki aşırı rüzgar hızlarını tahmin etmek için aşırı değer teorisi kullanılarak geçmiş kayıtlardan belirlenir . Rüzgar hızları genellikle bazı bölgesel tasarım standartlarına veya standartlarına göre hesaplanır. Rüzgar yükleri oluşturmak için tasarım standartları şunları içerir:

  • Avustralya için AS 1170.2
  • Avrupa için EN 1991-1-4
  • Kanada için NBC

Rüzgar konforu

Yüksek katlı kule bloklarının ortaya çıkışı, bu binaların çevrelerindeki yayalara neden olduğu rüzgar rahatsızlığına ilişkin endişelere yol açtı.

1971'den itibaren, aşağıdakiler gibi farklı yaya aktivitelerine dayalı bir dizi rüzgar konforu ve rüzgar tehlikesi kriteri geliştirildi:

  • Uzun süre oturmak
  • Kısa bir süre oturmak
  • Gezinme
  • Hızlı yürümek

Diğer kriterler bir rüzgar ortamını tamamen kabul edilemez veya tehlikeli olarak sınıflandırdı.

Bir ve iki dikdörtgen binadan oluşan bina geometrilerinin bir takım iyi bilinen etkileri vardır:

  • Köşe jetleri olarak da bilinen köşe akışları, binaların köşelerinde
  • Basınçlı kısa devre nedeniyle bir binadan geçen herhangi bir geçişte veya iki bina arasındaki küçük boşlukta geçiş jeti olarak da bilinen içinden akış
  • Binaların ardından girdap dökülmesi

Daha karmaşık geometriler için yaya rüzgar konfor çalışmaları gereklidir. Bunlar, bir sınır tabakası rüzgar tünelinde uygun şekilde ölçeklendirilmiş bir modeli kullanabilir veya son zamanlarda hesaplamalı akışkanlar dinamiği tekniklerinin kullanımı artmıştır. Belirli bir aşılma olasılığı için yaya seviyesindeki rüzgar hızları, bölgesel rüzgar hızları istatistiklerine izin vermek için hesaplanır.

Bu çalışmalarda kullanılan dikey rüzgar profili, binaların çevresindeki araziye göre değişir (rüzgar yönüne göre farklılık gösterebilir) ve genellikle aşağıdaki gibi kategorilerde gruplandırılır:

  • Çok az engel bulunan veya hiç engel bulunmayan açık arazi ve hizmete elverişli rüzgar hızlarında su yüzeyleri
  • Su yüzeyleri, açık arazi, az sayıda, iyi dağılmış engellerin bulunduğu otlaklar, genellikle 1,5 ila 10 m arasında yüksekliğe sahip
  • Banliyö konut alanları gibi 3 ila 5 m yüksekliğinde çok sayıda birbirine yakın engel bulunan araziler
  • Büyük şehir merkezleri ve iyi gelişmiş sanayi kompleksleri gibi çok sayıda büyük, yüksek (10 ila 30 m yüksekliğinde) ve yakın aralıklı engellerin bulunduğu arazi

Rüzgar türbinleri

Rüzgar türbinleri rüzgar kesmesinden etkilenir. Dikey rüzgar hızı profilleri, kanat hareketinin tepesindekilere kıyasla zemin seviyesine en yakın kanatlarda farklı rüzgar hızlarına neden olur ve bu da türbinin çalışmasını etkiler. Rüzgar gradyanı, kanatlar dikey olduğunda iki kanatlı bir türbinin şaftında büyük bir bükülme momenti oluşturabilir. Su üzerindeki azaltılmış rüzgar gradyanı, sığ denizlerde daha kısa ve daha ucuz rüzgar türbini kulelerinin kullanılabileceği anlamına gelir.

İçin rüzgar türbini mühendisliği yüksekliği genellikle güç kanunu kullanılarak yaklaşılır ile, hız varyasyonu rüzgar:

nerede:

= rüzgarın yükseklikte hızı [m / s]
= belirli bir referans yüksekliğinde rüzgarın hızı [m/s]
= Hellman üssü (diğer adıyla güç yasası üssü veya kesme üssü) (nötr akışta ~= 1/7, ancak >1 olabilir)

Önem

Rüzgar mühendisliği bilgisi, tüm yüksek binalar, kablolu- asma köprüler ve kablolu köprüler , elektrik iletim kuleleri ve telekomünikasyon kuleleri ve diğer tüm kule ve baca çeşitlerini analiz etmek ve tasarlamak için kullanılır . Rüzgar yükü, birçok yüksek binanın analizinde baskın yüktür, bu nedenle analiz ve tasarım için rüzgar mühendisliği esastır. Yine, tüm uzun açıklıklı kablo köprülerinin analizinde ve tasarımında rüzgar yükü baskın bir yüktür .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar