Протяженность залива составляет L=1 км, длина приливной волны λ=3500, глубина h=200м. Площадь бассейна ПЭС S = 2000 м2, перепад уровней воды R = 6 м.
Порядок выполнения работы
Поднятая на максимальную высоту во время прилива вода отделяется от моря дамбой или плотиной в бассейне площадью S. Затем во время отлива эту массу воды пропускают через турбины. Получаемая мощность определяется по формуле, Дж:
где ρ – плотность воды, кг/м3; R – перепад уровней воды, м; S – площадь приливного бассейна, м2, g – ускорение свободного падения м/с2;
Известно, что приливная волна движется со скоростью, м/с,
(4.2)
где g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2; h – глубина залива (моря), м;
Резонанс для приливной волны, надвигающейся со стороны открытого моря, наступает при условии, когда
(4.3)
где j – нечетное целое; L – протяженность залива в сторону материка, м; λ – длина волны вынужденных колебаний в открытом море, м;
Таблица 4.1
Зависимость скорости распространения приливной волны
от глубины моря
| h, м | |||||||
| c, м/с | 31,32 | 44,29 | 54,25 | 62,64 | 70,00 | 88,59 | 99,0 |
| с, м/с |
| h, м |
Рис.4.2 — Зависимость скорости распространения приливной волны от глубины моря
Вывод: скорость распространения приливной волны c=44,29 м/с. Максимально возможная мощность, снимаемая за один цикл работы ПЭС Р=3,6·108Дж. Т.к. j=1,14, то условие для наступления резонанса для приливной волны, надвигающейся со стороны открытого моря, не выполняется.
Практическая работа 5
Взам. инв. №
Подпись и дата
ИНМВ 710605.000 ПЗ
Изм.
Кол.
Лист
№док
Подпись
Дата
Инв. № подл.
Хххх
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ ВОЛН
Стадия
Лист
Листов
Проверил
Лазарев
АС
Утв.
Стариков
Н.контролер
Ведрученко
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ ВОЛН
Цель работы: закрепить и конкретизировать знания в области преобразования энергии волн.
Общие положения
Огромные количества энергии можно получить от морских волн. Мощность, переносимая волнами на глубокой воде, пропорциональна квадрату их амплитуды и периоду. Поэтому наибольший интерес представляют длиннопериодные (Т~10с) волны большой амплитуды (a~2м), позволяющие снимать с единицы длины гребня в среднем от 50 до 70 кВт/м.
Развитие волновой энергетики сопряжено со значительными трудностями. В основном они сводятся к следующему.
1. Волны нерегулярны по амплитуде, фазе и направлению движения. Проектировать же устройства для эффективного извлечения энергии в широком диапазоне варьирующихся величин сложно.
2. Всегда есть вероятность возникновения экстремальных штормов и ураганов, во время которых образуются волны очень большой интенсивности. Конструкции волноэнергетических устройств должны, разумеется, им противостоять.
3. Подобные пиковые величины мощности присущи главным образом именно волнам на глубокой воде, приходящим со стороны открытого моря. Трудности, связанные с созданием энергетических устройств, для таких волновых режимов, их обслуживанием, удержанием в заданном положении, передачей энергии на берег, вызывают опасения.
4. Обычно период волн Т≈5÷10 с (частота порядка 0,1 Гц). Достаточно трудно приспособить это нерегулярное медленное движение к генерированию электроэнергии промышленной частоты, которая в 500 раз выше.
5. Выбрать подходящий тип устройства для преобразования энергии из всего их многообразия – сложная задача.
6. Привычка мыслить категориями крупномасштабной энергетики промышленно развитых районов ведет к искушению создавать лишь крупные волновые электростанции в местах с высоким волновым потенциалом. При этом существует тенденция игнорировать зоны умеренных потенциалов, где зачастую использование волновой энергии оказывается экономически более оправданным.
Преимущества волновой энергии состоят в том, что она достаточно сильно сконцентрирована, доступна для преобразования и на любой момент времени может прогнозироваться в зависимости от погодных условий. Создаваясь под действием ветра, волны хорошо сохраняют свой энергетический потенциал, распространяясь на значительные расстояния. Например, крупные волны, достигающие побережья Европы, зарождаются во время штормов в центре Атлантики и даже в Карибском море.
Наибольшее число волновых энергетических устройств разрабатывается для извлечения энергии из волн на глубокой воде. Это наиболее общий тип волн, существующий при условии, что средняя глубина моря D превышает величину половины длины волны λ/2.
Поверхностные волны на глубокой воде имеют следующие характерные особенности (рис. 5.1).
1) Волны являются неразрушающимися синусоидальными с нерегулярными длиной, фазой и направлением прихода.
2) Движение каждой частицы жидкости в волне является круговым. В то время как изменяющиеся очертания волн свидетельствуют о распространении волнового движения, сами по себе частицы не связаны с этим движением и не перемещаются в его направлении.
3) Поверхностный слой жидкости остается на поверхности.
4) Амплитуда движения частиц жидкости экспоненциально уменьшается с глубиной. На глубине λ/2π от среднего положения уровня поверхности амплитуда кругового движения частиц уменьшается в е раз (е = 2,72 – основание натуральных логарифмов). На глубине λ/2 перемещение частиц жидкости становится пренебрежимо малым, составляя менее 5 % поверхностного.
5) Существенно, что амплитуда волны а не зависит от ее длины λ, скорос-ти распространения с, периода Т, а зависит лишь от характера предшествовавшего взаимодействия ветра с морской поверхностью. В то же время редко создаются условия, при которых амплитуда достигает значения λ/10.
6) Разрушение волны в виде белого буруна происходит, когда наклон ее поверхности составит примерно 1:7. Энергетический потенциал волны при этом рассеивается.
Важно понимать, что в волнах на глубокой воде нет поступательного движения жидкости.
| В подповерхностном слое жидкости частицы воды совершают круговое движение с радиусом орбиты а, равным амплитуде волны (рис. 5.2). Высота волны Н от вершины гребня до основания равна ее удвоенной амплитуде (Н = 2а). Угловая скорость движения частиц ω измеряется в радианах в секунду. Изменение формы волновой поверхности таково, что наблюдается поступательное движение, хотя сама вода, как уже отмечалось, не перемещается в направлении распространения волны (слева направо). Это кажущееся перемещение есть результат наблюдения фаз смещения последовательно | |
расположенных частиц жидкости: как только одна частица в гребне опускается, другая занимает ее место, обеспечивая сохранение формы гребня и распространение волнового движения вперед.
Задание
1) Определить радиус круговой орбиты частицы.
2) Построить график и диаграмму зависимости радиуса круговой орбиты r от положения частицы z.
3) Определить кинетическую энергию волны.