我们一起学科学之揭秘狭管效应

我们一起学科学     发布时间:2020/11/5 15:31:04     访问量:

在江西省科学技术馆内有一件展品颇受游客喜欢,叫“机翼气动升力演示”。展品中渐渐起飞的小飞机令他们感到惊奇,不过他们最关心的似乎是……展品吹出来的风?在夏天的时候,这件展品成了热度最高的展品:因为风很大很凉快。

为什么要装一个电风扇呢?因为飞机起飞所需要的速度要很大,为了演示效果,但不能让飞机自己动起来,所以装了一个电风扇让空气流动起来,单纯的装一个电风扇制造的流速并不快,能有什么办法让流速再度加快呢?这就用到了“狭管效应”。仔细看“机翼气动升力演示”的展品外观不是规则的,是一个类似沙漏一样的形状,而小飞机所在的位置是沙漏中间,在这里的空气流速是非常快的,能够满足飞机起飞的速度要求。那什么是“狭管效应”呢?

 

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机翼气动升力演示

狭管效应又称峡谷效应或颈束效应。最早人们发现峡谷地形对气流有影响,在峡谷内风会很大,但到了峡谷外风却小了。后面研究发现当气流由开阔地带流入峡谷时,由于空气质量不能大量堆积,于是会加速流过峡谷,风速增大,而当流出峡谷时,空气流速又会减缓。

接下来我们可以通过一个小视频来了解“狭管效应”。


 


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风是气流,气流在空中的流动很像水在河道里的流动。所以在宽阔的河流中,平稳而缓慢的水流进入狭窄的河道时,水体中的每滴水就会因争相前行而加速,这就是“狭管效应”,是液体在管道中流动时经过狭窄处流速加快的物理现象。

在城市中,风在开阔的地面上流动,可能只是轻风、微风与和风。然而当风进入城市高楼区时,高楼间形成的狭窄通道会阻碍风的通行,于是就形成了“狭管效应”,通常被称为“狭管风”。而“狭管风”的大小和城市高层建筑的数量、间距和位置有着十分密切关系。高层建筑物越多、体积越大、间距越近,出现“狭管风”的机会越大,反之则较小。“狭管风”的出现,会对交通、建筑、环境、城市生活等方面造成一定危害。

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(图片来源于网络)

近年来,随着低碳经济的发展,清洁能源的开发和应用越来越为人们所重视。其中,风力发电作为一种可再生的、无污染且储量巨大的能源具有广阔的市场前景。

风电事业的飞速发展,使得风电场选址成为一个重要的研究课题。而“狭管效应”的研究为实现风电场的最优选址,为达到最好的经济效益和社会效益提供了重要的科学依据。例如华南地区最大的高山风电基地——兴安源江风电场,便是利用“狭管效应”而形成建设的,由此可见科学的魅力和强大。


(来源:岳浩)


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