风压与风速的关系

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bw，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mw。则结构物受气流冲击的最大压力强度为mbww，此即工程上所定义的风压，记为w。建筑物小股气流流向高压气幕压力线w=v2/2风压的产生为求得风压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1w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11wdw。以顺流向的压力为正，作用于小段上的合力为1111()wdAwdwdAdwdA，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1dvdwdAMadAdldt。由此式可得1dvdwdldt，注意到dlvdt，代入前式得1dwvdv，而方程的解为2112wvc。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，1mww，代入方程的mcw；而当风速为v时，1bww，则212bmwwv，因此，221122mb，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15C和绝对干燥的情况下，=0.0120183kNm，在纬度45处，海平面上的重力加速度为g=9.82ms，代入前式得此条件下的风压公式为22220.012018229.81630vwvvkNmg。由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2g值均为相同。dlw1dA(w1+dw1)dA风级、风速和风压对照表风级名称风速（km/h）风压2(kg/m)210N/m陆地地面物体征象海面状态0无风10-0.20-0.0025静静1软风1-50.3-1.50.0056-0.014烟能表示方向，但风向标不动微波2轻风6-111.6-3.30.016-0.68人面感觉有风，风向标转动小波3微风12-193.4-5.40.72-1.82树叶及微枝摇动不息，旌旗展开小波4和风20-285.5-7.91.89-3.9能吹起地面纸张与灰尘轻浪5清风29-388.0-10.74-7.16有叶的小树摇摆中浪6强风39-4910.8-13.87.29-11.9小树枝摇动，电线呼呼响大浪7疾风50-6113.9-17.112.08-18.28全树摇动，迎风步行不便巨浪8大风62-7417.2-20.718.49-26.78微枝折毁，人向前行阻力甚大狂浪9烈风75-8820.8-24.427.04-37.21建筑物有小损狂涛10狂风89-10224.5-28.437.52-50.41可拔起树来，损坏建筑物狂涛11暴风103-11728.5-32.650.77-66.42陆上少见，有则必有广泛破坏狂涛12飓风11732.7-36.966.42-85.1陆上极少见,摧毁力极大海浪滔天各地风压系数2g值地区地点海拔高度(m)2g地区地点海拔高度(m)2g东南沿海青岛77.01/1710内陆承德375.21/1650南京61.51/1690西安416.01/1689上海5.01/1740成都505.91/1670杭州7.21/1740伊宁664.01/1750温州6.01/1750张家口712.31/1770福州88.41/1770遵义843.91/1820永安208.31/1780乌鲁木齐850.51/1800广州6.31/1740贵阳1071.21/1900韶关68.71/1760安顺1392.91/1930海口17.61/1740酒泉1478.21/1890柳州97.61/1750毕节1510.61/1950南宁123.21/1750昆明1891.31/2040天津16.01/1670大理1990.51/2070内陆汉口22.81/1610华山2064.91/2070徐州34.31/1660五台山2895.81/2140沈阳41.61/1640茶卡3087.61/2250北京52.31/1820昌都3176.41/2550济南55.11/1610拉萨3658.01/2600哈尔滨145.11/1630日喀则3800.01/2650萍乡167.11/1630五道梁4612.21/2620长春215.71/1630