التقنية / دليل فني
كثافة الهواء للرياح: الحرارة والضغط والرطوبة
تصف سرعة الرياح الحركة، وتصف كثافة الهواء الكتلة التي تشغل حجمًا. وتربط الحرارة والضغط والتركيب هذه الكميات عبر نموذج لحالة الغاز. وتغير الرطوبة التركيب ومعنى القراءة الجوية معًا.
قارن الحركة نفسها في حالات مختلفة للهواء.
يجب أن تحدد مقارنة الكثافة الكميات التي تبقى ثابتة. فتغير الحرارة عند ضغط ثابت يختلف عن تغير الضغط عند حرارة ثابتة، ولا يعيد أي منهما وحده بناء نقطة تشغيل مولد.
01 / متغيرات الحالة
تخص الكثافة حالة محددة.
كثافة الكتلة ρ هي الكتلة مقسومة على الحجم، بوحدة kg/m³.
كثافة الكتلة ρ هي الكتلة مقسومة على الحجم، بوحدة kg/m³. ويصف الضغط الساكن والحرارة المطلقة وتركيب الغاز الحالة المرتبطة بها. ويميز عرض NASA لخصائص الهواء هذه الخصائص عن سرعة الهواء المتحرك.
لذلك، ليست الكثافة المبلّغ عنها مجرد اسم آخر للارتفاع أو سرعة الرياح. فقد تختلف الكتلة لكل حجم بين حزمتين من الهواء تتحركان بالسرعة نفسها. وبالمثل، قد تظل كثافة حزمة واحدة متقاربة بينما يتغير اتجاهها وسرعتها.
02 / الضغط
استخدم الضغط المطلق في علاقة حالة الغاز.
في وصف الغاز المثالي، ρ = p/(Rspec T)، حيث p هو الضغط المطلق، و T درجة الحرارة المطلقة، و Rspec ثابت الغاز النوعي بوحدة J/(kg K).
في وصف الغاز المثالي، ρ = p/(Rspec T)، حيث p هو الضغط المطلق، و T درجة الحرارة المطلقة، و Rspec ثابت الغاز النوعي بوحدة J/(kg K). ولا يمكن استبدال p بضغط مقاس نسبةً إلى مرجع اعتباطي دون تحويل.
تعبر المعادلة عن علاقة ديناميكية حرارية، ولا تدعي أن الهواء الرطب الحقيقي مثالي تمامًا. عند ثبات الحرارة والتركيب، يؤدي انخفاض الضغط المطلق بنسبة 10% إلى انخفاض الكثافة بنسبة 10% في هذا النموذج؛ وأي تغيرات متزامنة أخرى تحتاج إلى حدودها الخاصة.
03 / درجة الحرارة
تستخدم نسبة الحرارة مقياس الكلفن.
عند ثبات الضغط والتركيب في النموذج المثالي نفسه، تتناسب الكثافة عكسيًا مع درجة الحرارة المطلقة.
عند ثبات الضغط والتركيب في النموذج المثالي نفسه، تتناسب الكثافة عكسيًا مع درجة الحرارة المطلقة. وتؤدي مقارنة درجات الحرارة مباشرة بالسيلسيوس إلى نسبة خاطئة لأن صفر السيلسيوس ليس الصفر الديناميكي الحراري.
في مقارنة مختلقة من 300 K إلى 315 K، تكون نسبة الكثافة 300/315، أي نحو 0.9524. وهذا انخفاض بنسبة 4.76% ضمن القيود المذكورة. وليس توقعًا لتغير القدرة الكهربائية التي يسلّمها التوربين بالنسبة نفسها.
04 / بخار الماء
يتغير التركيب حتى عندما يظل الضغط الكلي ثابتًا.
لبخار الماء كتلة مولية أقل من خليط الهواء الجاف.
لبخار الماء كتلة مولية أقل من خليط الهواء الجاف. واستبدال بعض جزيئات الهواء الجاف بجزيئات ماء عند الضغط الكلي والحرارة نفسيهما يخفض كثافة الخليط. ولا تعني هذه المقارنة إضافة كتلة ماء مع إبقاء كل جزيء من الهواء الجاف داخل حجم ثابت.
تتضمن ورقة CIPM للهواء الرطب المستضافة لدى NIST صراحةً الكسر المولي للبخار وعامل الانضغاطية. والرطوبة النسبية كسر من حالة التشبع عند درجة الحرارة المعينة؛ وليست هي نفسها الكسر المولي للبخار أو نسبةً للكثافة.
05 / تدفق الكتلة
تساوي السرعة لا يعني تساوي الكتلة المنقولة.
في تدفق منتظم عمودي على مساحة محددة، يكون تدفق الكتلة ρAU.
في تدفق منتظم عمودي على مساحة محددة، يكون تدفق الكتلة ρAU. وإذا تغيرت الكثافة وحدها، تتغير هذه الكمية تناسبيًا. ويشمل الضغط الديناميكي الكثافة أيضًا، لكن اعتماده على السرعة تربيعي لا خطي، كما يوضح دليل الضغط ذلك.
تتعرض الشفرة الدوارة أيضًا لتدفق نسبي محلي. وتؤثر الكثافة في هذا الحساب الديناميكي الهوائي مع الهندسة وحالة التدفق. ولا تكفي نسبة الكثافة وحدها لمراعاة معاملات متغيرة أو استجابة التحكم أو خسائر التحويل أو حد تشغيل كهربائي.
06 / الشروط
افصل النموذج الجوي عن حدود المنتج.
يخدم الغلاف الجوي المرجعي والحالة المقاسة وتقريب الهواء الرطب أغراضًا مختلفة.
يخدم الغلاف الجوي المرجعي والحالة المقاسة وتقريب الهواء الرطب أغراضًا مختلفة. وينبغي إبقاء مدخلاتها ونطاقات صلاحيتها واضحة. واختيار كثافة معيارية ملائمة هو اختيار مرجعي، وليس إثباتًا لتطابق الظروف معها دائمًا.
لا تحدد هذه الصفحة نطاقًا مناخيًا لـ MARSTON أو منحنى تصحيح للقدرة المنتجة. وغرضها شرح حالة الهواء؛ ويتناول دليل المتوسط المكاني كيفية تمثيل مجال سرعة غير منتظم عبر الدوّار.
أدلة فنية ذات صلة: الضغط الديناميكي والضغط الساكن والمعاملات في توربينات الرياح · المتوسط المكاني للدوّار: الرياح النقطية ومتوسط المساحة والسرعة المكافئة · المتوسطات غير الخطية: لماذا يتغير الناتج عند تكعيب المتوسط.
معلومات عامة: NASA Glenn: خواص حالة الغاز والكثافة · ورقة CIPM الأصلية لكثافة الهواء الرطب المستضافة لدى NIST. تشرح هذه المراجع مفاهيم القطاع؛ وهي منفصلة عن وثائق منتجات MARSTON والمشروع المنطبقة.
المفاهيم والشروط الأساسية.
اقرأ كل كمية مع مرجعها ووحداتها وشروطها المذكورة. فالعلاقة العامة لا تحدد قيمة خاصة بطراز معين.
| المفهوم / الكمية | المعنى / العلاقة | الشروط / الحدود |
|---|---|---|
| الكثافة | ρ بوحدة kg/m³ | كتلة لكل حجم عند حالة مذكورة. |
| الضغط | p المطلق بوحدة Pa | يختلف مرجع الضغط النسبي عن المطلق. |
| درجة الحرارة | T بوحدة K | تتطلب النسب مقياسًا مطلقًا. |
| بخار الماء | كسر المكوّن | الرطوبة النسبية كمية مختلفة. |
| تدفق الكتلة | ρAU بوحدة kg/s | نموذج تدفق منتظم عمودي ومساحة محددة. |
أسئلة هندسية.
هل الكثافة اسم آخر لسرعة الرياح؟
لا. تخص الكثافة الكتلة لكل حجم، بينما تخص السرعة الحركة.
هل يمكن قسمة قراءات السيلسيوس للحصول على نسب الكثافة؟
لا. تستخدم نسبة الحرارة في الغاز المثالي مقياس الكلفن.
هل زيادة الرطوبة تعني دائمًا إضافة كتلة عند حجم ثابت؟
ذلك قيد مختلف. تثبت المقارنة هنا الضغط الكلي والحرارة مع تغير التركيب.
هل الرطوبة النسبية هي الكسر المولي للبخار؟
لا. إنها تشير إلى التشبع عند درجة الحرارة المذكورة.
هل يثبت تغير الكثافة بنسبة 4.76% تغير الخرج الكهربائي بنسبة 4.76%؟
لا. تهم أيضًا الديناميكا الهوائية للآلة والتحكم والشروط الكهربائية.
هل توجد قيمة تصنيف بيئي فعلية لـ MARSTON هنا؟
لا. هذا شرح لمتغيرات الحالة، وليس تصنيفًا مناخيًا أو للأداء.
استفسار فني
ناقش السؤال الفني.
تصف سرعة الرياح الحركة، وتصف كثافة الهواء الكتلة التي تشغل حجمًا. شارك الطراز ومعلومات التشغيل أو التصميم المنطبقة لمناقشة هندسية.