Perfil do vento - Log wind profile

O perfil do vento logarítmico é uma relação semi-empírica comumente usada para descrever a distribuição vertical das velocidades médias horizontais do vento dentro da porção mais baixa da camada limite planetária . A relação está bem descrita na literatura.

O logarítmica perfil de velocidades do vento é geralmente limitada ao menor a 100 m da atmosfera (ou seja, a camada de superfície da camada limite atmosférica ). O resto da atmosfera é composto da parte restante da camada limite planetária (até cerca de 1000 m) e da troposfera ou atmosfera livre. Na atmosfera livre, as relações geostróficas do vento devem ser usadas.

Definição

A equação para estimar a velocidade média do vento ( ) na altura (metros) acima do solo é: ${\ displaystyle u_ {z}}$ ${\ displaystyle z}$

${\ displaystyle u_ {z} = {\ frac {u _ {*}} {\ kappa}} \ left [\ ln \ left ({\ frac {zd} {z_ {0}}} \ right) + \ psi ( z, z_ {0}, L) \ direita]}$

onde é a velocidade de atrito (ms ^-1 ), é a constante de Von Kármán (~ 0,41), é o deslocamento do plano zero (em metros), é a rugosidade da superfície (em metros) e é um termo de estabilidade onde está o comprimento de Obukhov da teoria de similaridade de Monin-Obukhov . Sob condições de estabilidade neutra , e cai e a equação é simplificada para, ${\ displaystyle u _ {*}}$ ${\ displaystyle \ kappa}$ ${\ displaystyle d}$ ${\ displaystyle z_ {0}}$ ${\ displaystyle \ psi}$ ${\ displaystyle L}$ ${\ displaystyle z / L = 0}$ ${\ displaystyle \ psi}$

${\ displaystyle u_ {z} = {\ frac {u _ {*}} {\ kappa}} \ left [\ ln \ left ({\ frac {zd} {z_ {0}}} \ right) \ right]}$ .

O deslocamento de plano zero ( ) é a altura em metros acima do solo na qual a velocidade zero do vento é alcançada como resultado de obstáculos de fluxo, como árvores ou edifícios. Ele pode ser aproximada como ² / ₃ para ³ / ₄ da altura média dos obstáculos. Por exemplo, se estimar ventos sobre um dossel de uma floresta de 30 m de altura, o deslocamento de plano zero pode ser estimado como d = 20 m. ${\ displaystyle d}$

O comprimento de rugosidade ( ) é uma medida corretiva para considerar o efeito da rugosidade de uma superfície no fluxo do vento. Ou seja, o valor do comprimento da rugosidade depende do terreno. O valor exato é subjetivo e as referências indicam uma gama de valores, tornando difícil fornecer valores definitivos. Na maioria dos casos, as referências apresentam um formato tabular com o valor dado para certas descrições de terreno. Por exemplo, para terrenos muito planos (neve, deserto), o comprimento da rugosidade pode estar na faixa de 0,001 a 0,005 m. Da mesma forma, para terreno aberto (pastagem), o intervalo típico é de 0,01-0,05 m. Para cultivo e mato / floresta, os intervalos são de 0,1-0,25 me 0,5-1,0 m, respectivamente. Ao estimar as cargas do vento nas estruturas, os terrenos podem ser descritos como suburbanos ou urbanos densos, para os quais os intervalos são normalmente 0,1-0,5 me 1-5 m, respectivamente. ${\ displaystyle z_ {0}}$ ${\ displaystyle z_ {0}}$

Para estimar a velocidade média do vento em uma altura ( ) com base na outra ( ), a fórmula seria reorganizada, ${\ displaystyle {{z} _ {2}}}$ ${\ displaystyle {{z} _ {1}}}$

${\ displaystyle u ({{z} _ {2}}) = u ({{z} _ {1}}) {\ frac {\ ln \ left (({{z} _ {2}} - d) / {{z} _ {0}} \ right)} {\ ln \ left (({{z} _ {1}} - d) / {{z} _ {0}} \ right)}}}$ ,

onde está a velocidade média do vento na altura . ${\ displaystyle u ({{z} _ {1}})}$ ${\ displaystyle {{z} _ {1}}}$

Limites

O perfil do vento log é geralmente considerado um estimador mais confiável da velocidade média do vento do que a lei de potência do perfil do vento nos 10-20 m mais baixos da camada limite planetária. Entre 20 me 100 m, ambos os métodos podem produzir previsões razoáveis da velocidade média do vento em condições atmosféricas neutras. De 100 m até próximo ao topo da camada limite atmosférica, a lei da potência produz previsões mais precisas da velocidade média do vento (assumindo condições atmosféricas neutras).

A suposição de estabilidade atmosférica neutra discutida acima é razoável quando a velocidade média horária do vento a uma altura de 10 m excede 10 m / s onde a mistura turbulenta supera a instabilidade atmosférica.

Formulários

Perfis de log de vento são gerados e usados em muitos modelos de dispersão de poluição atmosférica .

Veja também

Referências

^ Oke, TR (1987). Climas da camada limite . Methuen.
^ ^a ^b ^c ^d ^e Holmes JD. Carregamento de estruturas pelo vento. 3ª ed. Boca Raton, Flórida: CRC Press; 2015
^ ^a ^b Cook, NJ (1985). O guia do projetista para o carregamento do vento em estruturas de construção: Parte 1 . Butterworths.
^ Beychok, Milton R. (2005). Fundamentals Of Stack Gas Dispersion (4ª ed.). publicado pelo autor. ISBN 0-9644588-0-2.

[1] Oke, TR (1987). Climas da camada limite . Methuen.

[Holmes2015-2] Holmes JD. Carregamento de estruturas pelo vento. 3ª ed. Boca Raton, Flórida: CRC Press; 2015

[Cook,_N.J._1985-3] Cook, NJ (1985). O guia do projetista para o carregamento do vento em estruturas de construção: Parte 1 . Butterworths.

[4] Beychok, Milton R. (2005). Fundamentals Of Stack Gas Dispersion (4ª ed.). publicado pelo autor. ISBN 0-9644588-0-2.

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