Міністерство освіти та науки України

Національний технічний університет України «КПІ»

Інститут енергозбереження та енергоменеджменту

Кафедра інженерної екології

Л а б о р а т о р н а р о б о т а №

“ вимірювання напрямку та швидкості

вітру”

Виконав:

Прийняв:

КИЇВ

Тема: Приладів для вимірювання напрямку та швидкості вітр”

Мета роботи: вивчити будову та принцип дії приладів, які використовуються в метеорології для вимірювання швидкості та напрямку вітру, опанувати вміння за зовнішніми ознаками визначати вітер, орієнтовну швидкість та силу в балах (за шкалою Бофорта).

Прилади та обладнання: схеми будови польового вітромітру Третьякова,

Флюгера Вільда, ручного анемометра; флюгер Вільда, ручний та електронний анемометр, секундомір, таблиця класифікації вітрів за шкалою Бофорта. Хід роботи:

1. Теоретичні відомості

Спостереження над вітром полягають у визначенні його напрямку, швидкості та зазначенням характеристики вітру.

Флюгер Вільда. На мережі метеорологічних станцій для спостережень над вітром служить прилад - флюгер Вільда. Флюгер Вільда (рис. 1) складається з довгого металевого стержня, угвинченого в стовп. У нижній частині цього стержня знаходиться муфта 4, на якій у горизонтальній площині закріплені вісім лозин. Один з них позначений буквою N (північ), а інші відповідно орієнтовані за основними напрямками горизонту.

На металевий стержень насаджена флюгарка, що складається з трубки 1, двох лопат 2, які розходяться під кутом 22°, і стрижня, на кінці якого знаходиться противага у виді кулі 3. При зміні напрямку вітру флюгарка вільно повертається навколо осі і встановлюється так, що положення противаги вказує напрямок, відкіля дує вітер.

У верхній частині трубки заріплений показник швидкості вітру. Він складається з дошки 5 і рами з дугою 6, у яку угвинчене вісім штифтів. Дошка може вільно коливатися біля горизонтальної осі 7, що має противагу 8 у вигляді диска. Розмір дошки дорівнює 15х30см, вага її 200г (легка дошка) чи 800г (важка дошка). Рама з дошкою закріплюється на трубці так, щоб площина дошки була перпендикулярна флюгарці. Остання, будучи встановленої за вітром, ставить дошку (покажчик швидкості) перпендикулярно напрямку вітру. Під дією тиску вітру дошка відхиляється від свого прямовисного положення на тим більший кут, чим більше швидкість вітру. Величина відхилення дошки визначається по положенню її ребра щодо штифтів.

У табл. 1 показана залежність між положенням дошки щодо штифтів і швидкістю вітру для флюгера з легкою і важкою дошками. Флюгер з легкою дошкою є на всіх станціях. Флюгер з важкою дошкою встановлюється на тих метеорологічних станціях, де швидкість вітру може перевищувати 20м/с.

Значення швидкості вітру в залежності від середнього положення

легкої (л/д) і важкої (в/д) дошками флюгера

Таблиця 1

Положення дошки	Швидкість вітру		Положення дошки	Швидкість вітру
	Л/д	В/д		Л/д	В/д
Штифт 0 . . . . . . Між штифтами 0 і 1 Штифт 1 . . . . . . Між штифтами 1 і 2 . Штифт 2 . . . . . . Між штифтами 2 і 3 . Штифт 3 . . . . . . Між штифтами 3і 2	0 1 2 3 4 5 6 7	0 2 4 6 8 10 12 14	Штифт 4 . . . . . . . Між штифтами 4 і 5 . Штифт 5 . . . . . . . Між штифтами 5 і 6 . Штифт 6 . . . . . . . Між штифтами 6 і 7 . Штифт 7 . . . . . . .	8 9 10 12 14 17 20	16 18 20 24 28 34 40

Флюгер установлюється на дерев'яному стовпі чи металевій щоглі на висоті 10 - 12 м на відкритому місці. Він повинний бути вилучений від високих предметів (будівель, дерев та ін.) на відстань, рівне не менш двадцятиразовій висоті цих предметів. Необхідно, щоб стержень був установлений отвісно, а штифт із буквою N (покажчика напрямку вітру) був повернутий точно на північ.

Орієнтування флюгера щодо сторін горизонту роблять за допомогою полуденної лінії чи компаса. При орієнтації флюгера за першим способом необхідно мати добре перевірений годинник. Визначивши по таблицях середній час у момент наступу щирого полудня для даного дня, спостерігач незадовго до полудня підходить до флюгеру з північної сторони. У момент, коли годинник показують полудень за правдивим сонячним часом, він встромляє в землю 2 кілочки на середині смуги тіні (ближче і далі від стовпа), що відкидається стержнем флюгера. Напрямок цієї тіні являє собою полуденну лінію, чи напрямок меридіана даного місця. Маючи полуденну лінію, другий спостерігач, що піднявся на флюгер, повертає муфту зі штифтами і добивається такого положення, щоб штифт із буквою N збігся з зафіксованим напрямком полуденної лінії. У такому положенні загвинчується штифт із буквою і закріплюється муфта.

При орієнтації флюгера за допомогою компаса необхідно визначити величину магнітного нахилу для даного місця. Знаючи цю величину, спостерігач з компасом у руці відходить від стовпа флюгера в південному напрямку на відстань, що відповідає приблизно подвійній висоті стовпа. Потім, рухаючись, відшукує місце, з якого напрямок стержня флюгера і напрямок північного кінця магнітної стрілки складуть кут, що дорівнює величині магнітного нахилу в даному пункті. У знайдену точку вбивається кілок. Напрямок від кілка до стовпа є напрямком дісного меридіана даного місця. Цей напрямок треба зафіксувати ще одним чи двома кілками. Далі роблять орієнтування флюгера, як за першим способом.

При спостереженні над напрямком вітру по флюгері спостерігач підходить до стовпу, стає під покажчиком напрямку і, стежачи за його коливаннями протягом 2хв., відзначає румб, що є середнім положенням для цих коливань. Відлік напрямку проводиться по 16 румбам (8 лозинам і 8 проміжкам між ними).

Для визначення швидкості вітру спостерігач відходить від стовпа в напрямку, перпендикулярному до положення флюгарки, і, спостерігаючи протягом 2 хв. коливання дошки-покажчика швидкості вітру, відзначає номер штифта чи номера штифтів дуги, біля якого чи між якими спостерігалося середнє коливання дошки за ці 2 хв. Номера штифтів рахуються знизу в верх від 0 до 7. Швидкість вітру в метрах за секунду визначають по табл. 1 відповідно до ваги дошки (легка чи важка). Крім оцінки про напрямок і швидкість вітру, варто відзначати його характеристику: рівний чи поривчастий, постійний чи мінливий за напрямком. Ці характеристики даються лише в тих випадках, коли відповідні ознаки виражені цілком очевидно.

У тих випадках, коли швидкість вітру досягає чи перевищує 15 м/с, у книжці спостережень відзначають «бурхливий вітер». При спостереженнях за флюгері в темну частину доби флюгер висвітлюють електричними лампами, що закріплюються на стовпі чи на щоглі.

Під час роботи флюгера необхідно стежити за його справністю. Один раз на місяць варто перевіряти орієнтування флюгера.

Польовий веіромер Третьякова. Для визначення швидкості і напрямку вітру в похідних умовах служить польовий вітромер Третьякова (рис. 2). Складається він з вертикальної осі 1, на якій укріплений складаний лімб у виді вісьмикінцевої зірки 2, і рухливої системи 3, що вільно обертається на осі. На нижній стороні лімба нанесені назви румбів у вигляді великих літер алфавіту. Рухома система складається з флюгарки - лопасти 3, що має вирізи і спеціальний вигин, який сприяє швидкому встановленню флюгарки в напрямку вітру, противаги 4 і з двох пластинок 5 і 6, скріплених між собою під кутом 76°. Нижня пластинка має індекс у вигляді вістря, яке служить для визначення швидкості вітру.

Під дією повітряного потоку вся рухлива система приладу встановлюється за вітром, і пластинка відхиляється на кут, пропорційний швидкості вітру. На площині флюгарки нанесена шкала з розподілами, позначеними цифрами 0, 1, 2, 3,..., 10, що показують швидкість вітру в м/с. Вітромер установлюють на спеціальному шесті у вертикальному положенні. Орієнтування лімба приладу по сторонах світу проводяться по компасу. Якщо швидкість вітру перевищує 8 м/с, то до середньої частини пластинки 5 прикріплюється прикладений до приладу вантаж. Він підібраний з таким розрахунком, щоб один розподіл шкали приладу з грузиком відповідав двом розподілам приладу без грузика.

Напрямок вітру по вітромеру Третьякова визначається за 16 румбами. Швидкість вітру відраховується з точністю до 0,5 м/с. Для визначення середнього напрямку і швидкості вітру роблять одинадцять миттєвих відрахунків по лімбу і показнику швидкості. Інтервал часу між отсчетами повинний складати 10 - 15 с. За значеннями спостережень виводиться середнє значення.

Ручний анемометр. Ручний анемометр (рис. 3) служить для визначення середньої швидкості вітру за визначений проміжок часу. Приймальною частиною приладу служить легка металева хрестовина з чотирма півкулями, укріпленими на сталевій вісі. Півкулі розташовані опуклостями в один бік. Під дією вітру хрестовина з півкулями буде обертатися в бік опуклості півкуль, тому що тиск на чашки, які розташовані опуклою стороною до вітру, буде значно менший, ніж на чашки, що повернуті до вітру увігнутим боком. Швидкість обертання півкуль пропорційна швидкості вітру.

Вісь, на якій закріплена хрестовина, має у своїй нижній частині гвинтову нарізку, з'єднану з зубцюватими коліщатами рахункового механізму, що знаходиться в приладі. Лічильник має три циферблати. Велика стрілка рухається по циферблату, розбитому на 100 поділок, і вказує цілі поділки. Маленькі стрілки, що рухаються по циферблатах з написами „сто” і „тисяча”, відзначають соті і тисячні поділки.

Збоку кожуха циферблата мається важілець - арретир, що служить для вмикання та вимикання лічильника. У нижній частині приладу мається гвинт, призначений для установки приладу на дерев'яному шесті.

Перед спостереженнями по ручному анемометрі прилад угвинчують у дерев'яну шест довжиною близько 2м і встановлюють його у вертикальному положенні. Можна також користуватися приладом, тримаючи його вертикально на витягнутій руці.

Для оцінки сили вітру без приладів (окомірна оцінка) користаються шкалою Бофорта, по якій визначають швидкість вітру, спостерігаючи його дію на навколишні предмети (таблиця 2).

Рис.1 Флюгер Вільда

Рис. 2 Польовий вітромір системи Третьякова

Рис.3 Ручний анемометр з півкулями