风压与风速的关系

风压与风速的关系

当风以一定的速度向前运动遇到阻塞时，将对阻塞物产生压力，即风压。 设速度为v 的一定截面的气流冲击面积较大的结构物时，由于受到阻碍，气流改成向四周外围扩散，形成压力气幕，如下图所示。如果气流原先的压力强度为b w ，气流冲击结构物后速度逐渐减小，其截面中心一点的速度减小至零时，在该点处产生的最大气流压强，设为m w 。则结构物受气流冲击的最大压力强度为m b w w -，此即工程上所定义的风压，记为w 。

为求得风压w 与风速v 的关系，设气流每点的物理量不变，略去微小的位势差影响，取流线中任一小段dl,如图所示。设1w 为作用于小段左端的压力，则作用于小段右端近压力气幕的压力为11w dw +。

以顺流向的压力为正，作用于小段上的合力为1111()w dA w dw dA dw dA -+=-，该合力应等于小段的气流质量M 与顺流向加速度a 的乘积，即1dv

dw dA Ma dAdl dt

ρ-==。由此式可得1dv

dw dl

dt

ρ-=，注意到dl vdt =，代入前式得1dw vdv ρ=-，而方程的解为211

2

w v c ρ=-+。此式称为伯努利方程，其中c 为常数。从该方程可以看出，气流在运动

过程中，其本身压力随流速变化而变化，流速快，则压力小；而流速慢，则压力大。当v=0时，1m w w =，代入方程的m c w =；而当风速为v 时，1b w w =，则212

b m w w v ρ==-，因此，221122m b w w w v v g

γρ=-=

=，此式即为风速与风压的关系公式，其中γ为空气单位体积的重力，g 为重力加速度。

在气压为101.325kPa 、常温15C 和绝对干燥的情况下，γ=0.0120183

kN m ，在纬度45处，海平面上的重力加速度为g=9.82

m s ，代入前式得此条件下的风压公式为

2

2

220.012018229.81630

v w v v kN m g γ

===⨯。

由于各地地理位置不同，因而γ和g 值不同。在自转的地球上，重力加速度g 不仅随高度变化，还随纬度变化。而空气重度γ与当地气压、气温和湿度有关。以此，各地的2g

γ

值

均为相同。

风级、风速和风压对照表

各地风压系数2g

γ值