środowisko fizyczne systemu żeglugowego

ODPADANIE.PL
ŚRODOWISKO FIZYCZNE SYSTEMU ŻEGLUGOWEGO
(woda i powietrze)
ODPADANIE.PL
1. Parametry fizyczne wody i powietrza:
Wartości średnie parametrów wody i powietrza
Definicje:
ODPADANIE.PL
ODPADANIE.PL
2. Wiatr
Jest to poziome przemieszczanie się masy powietrza zachodzące z określoną
prędkością i w określonym kierunku.
• Skala Bouforta prędkości (‘siły’) wiatru
(wg M.-narodowego Kongresu Meteorologicznego w 1946 roku)
ODPADANIE.PL
ODPADANIE.PL
• Pionowy rozkład (‘gradient’) prędkości wiatru nad poziomem morza
ODPADANIE.PL
ODPADANIE.PL
3. Morze jako droga wodna statku
ODPADANIE.PL
ODPADANIE.PL
• Mechanizm falowania (fala trochoidalna - model fizyczny)
ODPADANIE.PL
ODPADANIE.PL
• Fala regularna (A) i nieregularna (B)
• Fala progresywna (A) i stojąca (B)
ODPADANIE.PL
ODPADANIE.PL
• Skala i przykłady falowania morza (fale sztormowe, załamujące się)
• Fala na wodzie płytkiej (A) i fala przybojowa (B)
ODPADANIE.PL
ODPADANIE.PL
• Falowanie morskie regularne - fala harmoniczna
A. Profil fali:
B. Równanie i parametry fali:
ODPADANIE.PL
ODPADANIE.PL
• Falowanie morskie nieregularne:
Model fizyczny
ergodyczny.
-
proces
stochastyczny:
jednorodny,
stacjonarny
i
• Proces jednorodny
jego charakterystyki nie zależą od miejsca
wyznaczenia;
• Proces stacjonarny wartości oczekiwane i wariancje charakterystyk
są stałe w czasie;
• Proces ergodyczny charakterystyki wyznaczone w danym miejscu
są równoważne charakterystykom wyznaczonym w danym czasie;
Przykłady trzech ważnych charakterystyk falowania nieregularnego podano
w tabeli poniżej:
1. Funkcja gęstości prawdopodobieństwa rzędnej ζ sfalowanej wody:
(aproksymacja rozkładem normalnym Gaussa)
(

ζ2 

⋅ exp  −
2
2
2
⋅
D

2 ⋅ π ⋅ Dζ
ζ
)
1
f1 ζ; D ζ2 =
ζ ∈ ( −∞ ,+∞)
2. Funkcja gęstości prawdopodobieństwa wysokości fali ζw :
(aproksymacja rozkładem Rayleigha)
(
f 2 ζ w ; D ζ2w
) = 4⋅D
ζw
2
ζw
 ζ 2 
w 
⋅ exp  −
2
 8 ⋅ Dζ 
ζ w ∈[0,+∞)
3. Funkcja gęstości widmowej energii falowania (wg ITTC)
ODPADANIE.PL
ODPADANIE.PL
S ζζ (ω , µ ) = Sζζ (ω ) ⋅ f (µ ); [ m2 ⋅ sec]
gdzie:
S ζζ (ω ) = A ⋅ ω −5 ⋅ exp ( − B ⋅ ω −4 )
A = 8.1 ⋅ 10 −3 ⋅ g 2 ;
B=
311
.
2
ζ w 1/ 3
oraz:
f (µ ) =
2
⋅ cos2 µ
π
Przykłady ważnych parametrów falowania nieregularnego:
• Wysokość znacząca fali (= średnia z 1/3 najwyższych fal):
• Energia falowania:
ζ w 1/ 3 = 4 ⋅ D ζ2 w
2π∞
E = ρ⋅g⋅
∫ ∫ Sζζ (ω, µ) dω dµ
0 0
• Okres charakterystyczny falowania:
m0
T = 2⋅π⋅
m1
gdzie:
m0,
m1
są
momentami
funkcji
widma
energetycznego:
∞
∫
m k = ω k ⋅ S ζζ (ω ) dω; k
= 0 ,1
0
• Akweny morskie o przebadanych parametrach (pomiary + obliczenia)
falowania:
• Wybrane parametry falowania na trzech akwenach morskich:
ODPADANIE.PL
ODPADANIE.PL
ODPADANIE.PL