• مشکی
  • سفید
  • سبز
  • آبی
  • قرمز
  • نارنجی
  • بنفش
  • طلایی
  • تعداد بازديد :
  • 297
  • شنبه 1395/3/1
  • تاريخ :

جریان اغتشاش اطراف سازه های بزرگ

جریان اغتشاش اطراف سازه های بزرگ

مقدمه:‌

آیا تا به حال توربین بادی دیده اید؟ توربین های بادی برج هایی بزرگ با تیغه هایی در قسمت بالایی خود هستند که توسط باد می چرخند. این توربین ها یک منبع انرژی پاک و تجدیدپذیر هستند. آنها از حرکت تیغه ها که توسط باد ایجاد می شود برق تولید می کنند. اما برای عملکرد بهتر توربین های بادی مهندسین محیط زیست وظیفه دارند مکانی مناسب برای قرار دادن آنها پیدا کنند تا توربین ها در معرض باد مداوم قرار بگیرند. در این فعالیت علمی شما نقش یک مهندس محیط زیست را بازی می کنید و بررسی خواهید کرد که آیا قرار دادن توربین های بادی در مجاورت ساختمان های بلند ایده ای مناسب است یا خیر.

جریان اغتشاش اطراف سازه های بزرگ

پیش زمینه:

آیا تا به حال به جریان آب در رودخانه دقت کرده اید؟ اگر هیچ مانعی در مسیر وجود نداشته باشد احتمالاً آب در خطی مستقیم و بسیار آرام حرکت می کند. این جریان لمینار (آرام) است. چنانچه جسمی مانند سنگ یا شاخه در مسیر آب باشد، آب به چرخش و جست و خیز درمی آید و جریان توربولنت (آشفته) به وجود می آید. حرکت های چرخشی آب گردابه نام دارند.

جریان اغتشاش اطراف سازه های بزرگ

همین اتفاق هنگامی که باد در اطراف یک سازه ی بلند مانند ساختمان یا درخت می وزد رخ می دهد. این یک عامل بسیار مهم در هنگام قرار دادن توربین های بادی در مناطق مختلف است، زیرا بیشترین برق تولیدی از این توربین ها حاصل از وزش باد ثابت در یک جهت است. جریان ناپیوسته و توربولنت برق خروجی را کاهش می دهد و حتی می تواند به توربین ها آسیب بزند. در این فعالیت علمی شما با استفاده از جعبه های مقوایی به عنوان ساختمان نحوه ی تأثیر آنها بر باد خروجی از یک پنکه را بررسی می کنید.

جریان اغتشاش اطراف سازه های بزرگ

البته دیدن جریان توربولنت در هوا بسیار دشوارتر از دیدن جریان توربولنت آب است. گاهی دانشمندان آزمایش هایی کنترل شده با استفاده از دودهای رنگی انجام می دهند تا بتوانند جریان هوا را مشاهده و بررسی کنند. در این فعالیت علمی شما با استفاده از یک نوار پارچه ای متصل به یک چوب یا میله جریان هوا را بررسی خواهید کرد.

جریان اغتشاش اطراف سازه های بزرگ
 
 

مواد و وسایل مورد نیاز:

پنکه
 یک چوب یا میله با طول چند فوت
 یک نوار پارچه ای با طول چند اینچ
 جعبه ی مقوایی (ابعاد این جعبه بستگی به ابعاد پنکه دارد. هر چه پنکه بزرگتر باشد، جعبه ای که استفاده می کنید هم باید بزرگتر باشد. همچنین ممکن است لازم باشد چیزی در داخل جعبه قرار دهید تا وزن آن بیشتر شود و در جای خود باقی بماند.)

 

آماده سازی:

جعبه ی مقوایی را در فاصله ی چند فوتی از پنکه طوری قرار دهید که پنکه درست رو به آن باشد.

نوار پارچه ای را به سر چوب یا میله گره بزنید.

 

روش کار:

 پنکه را روشن کنید.

 اگر مستقیم روبه روی جریان باد پنکه نایستید بدن شما دخالتی در جریان نخواهد داشت. در این حالت با میله نوار پارچه ای را در ضلعی از جعبه که رو به پنکه است نگه دارید. نوار پارچه ای در چه جهتی حرکت می کند؟ آیا حرکت آن پیوسته است؟ به نظرتان این حرکت نشان از جریان لمینار دارد یا جریان توربولنت؟

 حال نوار پارچه ای را روی ضلعی از جعبه که دور از جریان باد پنکه است نگه دارید. (میله باید بسیار نزدیک به جعبه باشد.) اکنون چه اتفاقی برای نوار پارچه ای می افتد؟ جریان هوا در این ناحیه توربولنت است یا لمینار؟

 به تدریج نوار پارچه ای را در قسمتی از جعبه که دور از جریان باد پنکه است از جعبه دور کنید. با دور شدن نوار پارچه ای از جعبه چه اتفاقی می افتد؟ این مشاهدات چه چیزی را در مورد جریان هوا در این ناحیه بیان می کند؟

 با این مشاهدات چه نتیجه ای در مورد جریان هوا در اطراف سازه های بلند می گیرید؟ این مسئله چه تأثیری بر انتخاب محل مناسب برای قرار دادن توربین های بادی می گذارد؟

جریان اغتشاش اطراف سازه های بزرگ

آزمایش های تکمیلی:

 بررسی کنید که با تغییر سرعت باد پنکه نتایج چگونه عوض می شوند.

 همین فعالیت را با جعبه هایی در ابعاد مختلف انجام دهید. نتایج چه تغییری می کنند؟

 این فعالیت را با اجسامی با شکل های مختلف و حتی نامنظم مانند وسایل خانه و گیاهان خانگی انجام دهید. نتایج چه تغییری می کنند؟

 میله و نوار پارچه ای متصل به آن را در یک روز که باد می وزد به خارج از خانه ببرید. جهت وزش باد را تعیین کنید و اجسامی بزرگ مانند ساختمان یا درخت برای آزمایش جریان هوا انتخاب کنید. اگر نوار پارچه ای را در نزدیکی گوشه ای از یک ساختمان یا پشت یک درخت نگه دارید چه اتفاقی می افتد؟

جریان اغتشاش اطراف سازه های بزرگ

مشاهده و نتیجه گیری:

هنگامی که نوار پارچه ای را در مقابل جریان باد (جلوی جعبه) نگه می دارید، نوار به صورت پیوسته و در یک جهت حرکت می-کند. دلیل آن است که جریان هوای این ناحیه لمینار (یا مستقیم) است. با این حال هنگامی که نوار پارچه ای را پشت جعبه نگه می دارید نوار در تمام جهات (حتی به عقب) حرکت می کند. دلیل این اتفاق آن است که سازه ی میانی (جعبه) جریان مستقیم و لمینار را قطع می کند و آشفتگی (توربولنسی) ایجاد می کند. هر چه فاصله ی نوار را از جعبه بیشتر کنید و آن را عقب ببرید، حرکت آن مجدداً آرام، پیوسته و مستقیم می شود، زیرا جریان هوا پس از توربولنت شدن در عبور از جعبه به تدریج به حالت اولیه ی خود (لمینار) برمی گردد. این مسئله هنگام کار گذاشتن توربین های بادی بسیار مهم است، زیرا این توربین ها نباید در نزدیکی ساختمان های بزرگ باشند. ساختمان ها تولید توربولنسی می کنند که عملکرد توربین های بادی را دچار اغتشاش می کند.

منبع:   Wild Winds

بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان، تنظیم: نیلوفر یاقوتی

اصطکاک صفحات کتاب

اصطکاک صفحات کتاب

حال به اصطکاک میان دو ورق کاغذ فکر کنید. اگر دو ورق کاغذ را روی هم قرار دهید کشیدن آنها و جدا کردنشان از هم بسیار آسان است. اما اگر تعداد ورق های زیادی را روی هم قرار دهید...
مواد دسیکانت

مواد دسیکانت

فایده ی این مواد چیست؟ مواد جاذب به وفور در اطراف ما یافت می شوند. برخی از معمول ترین آنها شامل چوب، آجر و پشم هستند. از آنجا که مواد جاذب به خوبی آب را جذب می کنند، از این مواد به عنوان عوامل خشک کننده یا جاذب استفاده می شود...
قوانین پایه در عکاسی

قوانین پایه در عکاسی

رخی از قوانین ترکیب بندی (Composition) قرن هاست که مورد استفاده قرار می گیرند، مانند قانون یک سوم و قانون میانگین طلایی. آیا تنها این قوانین در عکس های تأثیرگذار رعایت می شوند یا اینکه نکات دیگری نیز باید رعایت شوند؟...
UserName