هندسة الرياح

هندسة الرياح هي مجموعة فرعية من الهندسة الميكانيكية والهندسة الإنشائية والأرصاد الجوية والفيزياء التطبيقية التي تحلل تأثيرات الرياح في البيئة الطبيعية والبناء وتدرس الأضرار المحتملة أو الإزعاج أو الفوائد التي قد تنتج عن الرياح. في مجال الهندسة، تشمل الرياح القوية، والتي قد تسبب عدم الراحة، وكذلك الرياح الشديدة، كما هو الحال في الإعصار أو الأعاصير أو العواصف الشديدة ، والتي قد تسبب دمارًا واسع النطاق. في مجالات طاقة الرياح وتلوث الهواء ، تشمل أيضًا الرياح المنخفضة والمعتدلة لأنها ذات صلة بإنتاج الكهرباء وتشتيت الملوثات.

تعتمد هندسة الرياح على علم الأرصاد الجوية ، وديناميكيات الموائع ، والميكانيكا ، وأنظمة المعلومات الجغرافية ، وعدد من التخصصات الهندسية المتخصصة، بما في ذلك الديناميكا الهوائية وديناميكيات الهياكل . ^[1] تشمل الأدوات المستخدمة النماذج الجوية ، وأنفاق الرياح في طبقة الحدود الجوية ، ونماذج ديناميكيات الموائع الحسابية .

تتضمن هندسة الرياح، من بين مواضيع أخرى، ما يلي:

تأثير الرياح على المنشآت (المباني والجسور والأبراج)
راحة الرياح بالقرب من المباني
تأثير الرياح على نظام التهوية في المبنى
مناخ الرياح لطاقة الرياح
تلوث الهواء بالقرب من المباني

يمكن أن يعتبر مهندسو الإنشاءات أن هندسة الرياح مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بهندسة الزلازل والحماية من الانفجارات .

تشتهر بعض الملاعب الرياضية مثل كاندلستيك بارك وملعب آرثر آش برياحها القوية والدوامية في بعض الأحيان، مما يؤثر على ظروف اللعب.

تاريخ

يمكن تتبع هندسة الرياح كتخصص منفصل إلى المملكة المتحدة في ستينيات القرن العشرين، عندما عُقدت اجتماعات غير رسمية في المختبر الفيزيائي الوطني ، ومؤسسة أبحاث البناء، وأماكن أخرى. تم صياغة مصطلح "هندسة الرياح" لأول مرة في عام 1970. ^{[2] كان} آلان جارنيت دافنبورت أحد أبرز المساهمين في تطوير هندسة الرياح. ^[3] وهو معروف بتطوير سلسلة تحميل الرياح آلان دافنبورت أو باختصار "سلسلة تحميل الرياح" التي تصف كيف تساهم المكونات المختلفة في الحمل النهائي المحسوب على الهيكل. ^[4]

أحمال الرياح على المباني

يجب أن يأخذ تصميم المباني في الاعتبار أحمال الرياح، والتي تتأثر بقص الرياح . لأغراض الهندسة، يمكن تعريف ملف تعريف سرعة الرياح وفقًا لقانون الطاقة على النحو التالي: ^[5]^[6]

\v_{z}=v_{g}\cdot \left({\frac {z}{z_{g}}}\right)^{\frac {1}{\alpha }},0<z<z_{g}

أين:

\v_{z}

= سرعة الرياح عند الارتفاع

\z

\v_{g}

= رياح متدرجة على ارتفاع منحدر

\z_{g}

\ \alpha

= معامل أسي

عادةً ما يتم تصميم المباني لمقاومة الرياح القوية مع فترة عودة طويلة جدًا، مثل 50 عامًا أو أكثر. يتم تحديد سرعة الرياح التصميمية من السجلات التاريخية باستخدام نظرية القيمة القصوى للتنبؤ بسرعات الرياح القصوى في المستقبل. يتم حساب سرعات الرياح عمومًا بناءً على بعض معايير التصميم الإقليمية أو المعايير. تشمل معايير تصميم أحمال الرياح في المباني ما يلي:

AS 1170.2 لأستراليا
EN 1991-1-4 لأوروبا
NBC لكندا

راحة الرياح

أدى ظهور الأبراج الشاهقة إلى إثارة المخاوف بشأن الإزعاج الناجم عن الرياح التي تسببها هذه المباني للمشاة في محيطها.

تم تطوير عدد من معايير راحة الرياح وخطر الرياح منذ عام 1971، بناءً على أنشطة المشاة المختلفة، مثل: ^[7]

الجلوس لفترة طويلة من الزمن
الجلوس لفترة قصيرة من الزمن
متنقل
المشي بسرعة

وصنفت معايير أخرى بيئة الرياح على أنها غير مقبولة على الإطلاق أو خطيرة.

تتمتع هندسة المباني المكونة من مبنى مستطيل واحد ومبنيين بعدد من التأثيرات المعروفة: ^[8]^[9]

تيارات الزاوية، والمعروفة أيضًا باسم نفاثات الزاوية، حول زوايا المباني
التدفق المستمر، المعروف أيضًا باسم نفاثة المرور، في أي ممر عبر مبنى أو فجوة صغيرة بين مبنيين بسبب حدوث ماس كهربائي للضغط
تساقط الدوامات في أعقاب المباني

بالنسبة للهندسة الأكثر تعقيدًا، هناك حاجة إلى دراسات راحة الرياح للمشاة. يمكن استخدام نموذج مُقاس بشكل مناسب في نفق رياح الطبقة الحدودية ، أو مؤخرًا، زاد استخدام تقنيات ديناميكيات السوائل الحسابية . ^[10] يتم حساب سرعات الرياح على مستوى المشاة لاحتمال تجاوز معين للسماح بإحصائيات سرعات الرياح الإقليمية. ^[11]

يختلف ملف الرياح الرأسي المستخدم في هذه الدراسات وفقًا للتضاريس المحيطة بالمباني (والتي قد تختلف حسب اتجاه الرياح)، وغالبًا ما يتم تجميعها في فئات، مثل: ^[12]

أرض مفتوحة مكشوفة مع وجود عوائق قليلة أو معدومة وأسطح مائية بسرعات رياح قابلة للخدمة
الأسطح المائية، الأراضي المفتوحة، الأراضي العشبية ذات العوائق القليلة والمتناثرة بشكل جيد والتي يتراوح ارتفاعها عمومًا من 1.5 إلى 10 أمتار
التضاريس التي تحتوي على العديد من العوائق المتقاربة التي يتراوح ارتفاعها بين 3 إلى 5 أمتار، مثل مناطق الإسكان في الضواحي
التضاريس التي تحتوي على العديد من العوائق الكبيرة والمرتفعة (ارتفاع يتراوح بين 10 إلى 30 مترًا) والمتقاربة، مثل مراكز المدن الكبيرة والمجمعات الصناعية المتطورة

توربينات الرياح

تتأثر توربينات الرياح بقص الرياح. تؤدي ملفات تعريف سرعة الرياح الرأسية إلى سرعات رياح مختلفة عند الشفرات الأقرب إلى مستوى الأرض مقارنة بتلك الموجودة في الجزء العلوي من حركة الشفرات، وهذا بدوره يؤثر على تشغيل التوربين. ^[13] يمكن أن يؤدي تدرج الرياح إلى حدوث لحظة انحناء كبيرة في عمود توربين ذي شفرتين عندما تكون الشفرات رأسية. ^[14] يعني انخفاض تدرج الرياح فوق الماء أنه يمكن استخدام أبراج توربينات الرياح الأقصر والأقل تكلفة في البحار الضحلة. ^[15]

بالنسبة لهندسة توربينات الرياح ، غالبًا ما يتم تقريب تغير سرعة الرياح مع الارتفاع باستخدام قانون الطاقة: ^[13]

\v_{w}(h)=v_{ref}\cdot \left({\frac {h}{h_{ref}}}\right)^{a}

أين:

\v_{w}(h)

= سرعة الرياح عند الارتفاع [م/ث]

h

\v_{ref}

= سرعة الرياح عند ارتفاع مرجعي معين [م/ث]

h_{ref}

\a

= أس هلمان (المعروف أيضًا باسم أس قانون القوة أو أس القص) (~= 1/7 في التدفق المحايد، ولكن يمكن أن يكون >1)

دلالة

تُستخدم معرفة هندسة الرياح لتحليل وتصميم جميع المباني الشاهقة والجسور المعلقة بالكابلات والجسور المدعمة بالكابلات وأبراج نقل الكهرباء وأبراج الاتصالات وجميع أنواع الأبراج والمداخن الأخرى. يُعد حمل الرياح الحمل السائد في تحليل العديد من المباني الشاهقة، لذا فإن هندسة الرياح ضرورية لتحليلها وتصميمها. مرة أخرى، يُعد حمل الرياح الحمل السائد في تحليل وتصميم جميع الجسور الكبلية الطويلة .

انظر أيضا

مراجع

^ هيويت، سام؛ مارغيتس، لي؛ ريفيل، أليستير (2017-04-18). "بناء مزرعة رياح رقمية". أرشيفات الأساليب الحسابية في الهندسة . 25 (4): 879-899. doi :10.1007/s11831-017-9222-7. ISSN 1134-3060. PMC 6209038. PMID 30443152 .
^ Cochran, Leighton; Derickson, Russ (أبريل 2011). "وجهة نظر النمذجة الفيزيائية للهندسة الريحية الحاسوبية". مجلة هندسة الرياح والديناميكا الهوائية الصناعية . 99 (4): 139–153. doi :10.1016/j.jweia.2011.01.015.
^ سولاري، جيوفاني (2019). علوم وهندسة الرياح: الأصول والتطورات والأساسيات والتقدم . منشورات سبرينغر في الهندسة المدنية. شام: سبرينغر إنترناشيونال للنشر. doi :10.1007/978-3-030-18815-3. ISBN 978-3-030-18814-6.
^ إيسيوموف، نيكولاس (مايو 2012). "علامة آلان جي. دافنبورت على هندسة الرياح". مجلة هندسة الرياح والديناميكا الهوائية الصناعية . 104-106: 12-24. doi :10.1016/j.jweia.2012.02.007.
^ كراولي، ستانلي (1993). المباني الفولاذية . نيويورك: وايلي. ص 272. ISBN 978-0-471-84298-9.
^ جوبتا، أجايا كومار وبيتر جيمس موس (1993). إرشادات تصميم المباني المنخفضة الارتفاع المعرضة للقوى الجانبية. بوكا راتون: مطبعة سي آر سي. ص 49. رقم ISBN 978-0-8493-8969-6.
^ راحة المشاة في مواجهة الرياح حول المباني: مقارنة معايير راحة الرياح. الجدول 3
^ راحة المشاة في مواجهة الرياح حول المباني: مقارنة معايير راحة الرياح. الشكل 6
^ تأثير الرياح على المشاة. الشكل 3
^ إرشادات AIJ للتطبيقات العملية لـ CFD على بيئة الرياح للمشاة حول المباني
^ بيئة الرياح للمشاة حول المباني. ص112
^ AS/NZS 1170.2:2011 إجراءات التصميم الهيكلي الجزء 2 – إجراءات الرياح. القسم 4.2
^ ab Heier, Siegfried (2005). Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems . Chichester: John Wiley & Sons. p. 45. ISBN 978-0-470-86899-7.
^ هاريسون، روبرت (2001). توربينات الرياح الكبيرة . تشيتشيستر: جون وايلي وأولاده. ص. 30. ISBN 978-0-471-49456-0.
^ لوبوسني، زبيجنيو (2003). تشغيل توربينات الرياح في أنظمة الطاقة الكهربائية: النمذجة المتقدمة . برلين: سبرينغر. ص. 17. ISBN 978-3-540-40340-1.

قراءة إضافية

بلوكين، بيرت (2014). "50 عامًا من هندسة الرياح الحسابية: الماضي والحاضر والمستقبل". مجلة هندسة الرياح والديناميكا الهوائية الصناعية . 129 : 69-102. doi :10.1016/j.jweia.2014.03.008.
بيكر، سي جيه (2007). "هندسة الرياح - الماضي والحاضر والمستقبل". مجلة هندسة الرياح والديناميكا الهوائية الصناعية . 95 (9-11): 843-870. doi :10.1016/j.jweia.2007.01.011.

روابط خارجية

"كيف تروض المباني الشاهقة الرياح". مجلة B1M . 12 سبتمبر 2018. مؤرشف من الأصل في 2021-12-15 – عبر يوتيوب .

⚫

Original text

Rate this translation

Your feedback will be used to help improve Google Translate

[1] هيويت، سام؛ مارغيتس، لي؛ ريفيل، أليستير (2017-04-18). "بناء مزرعة رياح رقمية". أرشيفات الأساليب الحسابية في الهندسة . 25 (4): 879-899. doi :10.1007/s11831-017-9222-7. ISSN 1134-3060. PMC 6209038. PMID 30443152 .

[2] Cochran, Leighton; Derickson, Russ (أبريل 2011). "وجهة نظر النمذجة الفيزيائية للهندسة الريحية الحاسوبية". مجلة هندسة الرياح والديناميكا الهوائية الصناعية . 99 (4): 139–153. doi :10.1016/j.jweia.2011.01.015.

[3] سولاري، جيوفاني (2019). علوم وهندسة الرياح: الأصول والتطورات والأساسيات والتقدم . منشورات سبرينغر في الهندسة المدنية. شام: سبرينغر إنترناشيونال للنشر. doi :10.1007/978-3-030-18815-3. ISBN 978-3-030-18814-6.

[4] إيسيوموف، نيكولاس (مايو 2012). "علامة آلان جي. دافنبورت على هندسة الرياح". مجلة هندسة الرياح والديناميكا الهوائية الصناعية . 104-106: 12-24. doi :10.1016/j.jweia.2012.02.007.

[Crawley-5] كراولي، ستانلي (1993). المباني الفولاذية . نيويورك: وايلي. ص 272. ISBN 978-0-471-84298-9.

[Gupta-6] جوبتا، أجايا كومار وبيتر جيمس موس (1993). إرشادات تصميم المباني المنخفضة الارتفاع المعرضة للقوى الجانبية. بوكا راتون: مطبعة سي آر سي. ص 49. رقم ISBN 978-0-8493-8969-6.

[7] راحة المشاة في مواجهة الرياح حول المباني: مقارنة معايير راحة الرياح. الجدول 3

[8] راحة المشاة في مواجهة الرياح حول المباني: مقارنة معايير راحة الرياح. الشكل 6

[9] تأثير الرياح على المشاة. الشكل 3

[10] إرشادات AIJ للتطبيقات العملية لـ CFD على بيئة الرياح للمشاة حول المباني

[11] بيئة الرياح للمشاة حول المباني. ص112

[12] AS/NZS 1170.2:2011 إجراءات التصميم الهيكلي الجزء 2 – إجراءات الرياح. القسم 4.2

[Heier-13] Heier, Siegfried (2005). Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems . Chichester: John Wiley & Sons. p. 45. ISBN 978-0-470-86899-7.

[14] هاريسون، روبرت (2001). توربينات الرياح الكبيرة . تشيتشيستر: جون وايلي وأولاده. ص. 30. ISBN 978-0-471-49456-0.

[Lubosny-15] لوبوسني، زبيجنيو (2003). تشغيل توربينات الرياح في أنظمة الطاقة الكهربائية: النمذجة المتقدمة . برلين: سبرينغر. ص. 17. ISBN 978-3-540-40340-1.