Jest to pierwsza w Polsce monografia poświęcona inżynierii wiatrowej. Przedstawiono w niej zagadnienia związane m.in. z wpływem wiatru na środowisko naturalne i ludzi oraz na budowle i konstrukcje inżynierskie. Omówiono wykorzystanie wiatru jako źródła energii, podjęto tematykę klęsk żywiołowych spowodowanych wiatrami ekstremalnymi. Wiele uwagi poświęcono problematyce bezpieczeństwa i niezawodności konstrukcji poddanych działaniu wiatru. Książka jest przeznaczona dla studentów uczelni technicznych, a także dla inżynierów projektantów i wykonawców.
Niniejsze opracowanie jest pierwszą w Polsce monografią dotyczącą inżynierii wiatrowej. Opisano w niej zagadnienia związane z dynamiką atmosfery ziemskiej, wiatrami w warstwie przyziemnej, wpływami wiatru na budowle, konstrukcje i ludzi, wpływami środowiskowymi wiatru, energetyką wiatrową.
W monografii autor podsumował wiedzę i doświadczenia zdobyte podczas wielu lat pracy naukowej, naukowo-badawczej i dydaktycznej w Instytucie Mechaniki Budowli Politechniki Krakowskiej oraz w Katedrze Mechaniki Budowli Politechniki Lubelskiej.
Większość projektów badawczych zrealizowano w ramach prac zespołowych. Uczestniczyli w nich głównie: prof. dr hab. inż. Roman Ciesielski, prof. dr hab. inż. Janusz Kawecki, dr ini. Grzegorz Bosak i dr inż. Marek Pańtak z Politechniki Krakowskiej oraz dr inż. Jerzy Podgórski, dr inż. Ewa Błazik-Borowa, dr inż. Jarosław Bęc i dr inż. Tomasz Lipecki z Politechniki Lubelskiej.
W końcowej części książki zamieszczona została tablica ułatwiająca odszukanie w tekście istotnych danych dotyczących m.in. wpływów wiatru na budowle, konstrukcje i ludzi, niezbędnych przy projektowaniu obiektów budowlanych.
Autor serdecznie dziękuje wszystkim współpracownikom i osobom, które przyczyniły się do powstania książki, a szczególnie pani mgr inż. Renacie Rzegockiej-Kłaput za pomoc w technicznym opracowaniu tekstu i rysunków.
Autor pragnie też wyrazić wdzięczność Wydawnictwu Arkady za wkład pracy i życzliwość okazaną w trakcie przygotowywania książki do druku, a rodzinie podziękować za wyrozumiałość i wsparcie.

Spis treści:

Przedmowa

Symbole i oznaczenia

1. Cele i zakres inżynierii wiatrowej

2. Kompletny układ równań aeromechaniki
2.1. Skład i budowa atmosfery ziemskiej oraz podstawowe właściwości powietrza atmosferycznego
2.2. Metody opisu ruchu powietrza
2.3. Ogólne równania ruchu powietrza w opisie Eulera
2.4. Ogólna charakterystyka sił działających w atmosferze ziemskiej
2.4.1. Siły wynikające z prawa grawitacji
2.4.2. Siły wynikające z przestrzennego rozkładu naprężeń normalnych i stycznych
2.5. Układ równań aeromechaniki
25.1. Równania ruchu w opisie Eulera
2.5.2. Równanie ciągłości
2.5.3. Równania konstytutywne (tworzące)
2.6. Równania ruchu, konstytutywne i ciągłości płynów lepkich w przypadku ruchu turbulentnego
2.6.1. Turbulencja w atmosferze ziemskiej
2.6.2. Ogólne równania ruchu głównego w opisie Eulera
2.6.3. Równania konstytutywne ruchu głównego
2.7. Równanie stanu
2.8. Równanie termodynamiki
2.9. Wybrane modele przepływu turbulentnego
2.9.1. Uśrednianie czasowe klasycznych równań Naviera-Stokesa - tensor naprężeń Reynoldsa
2.9.2. Modele RANS - modele uśrednień czasowych Reynoldsa
2.9.3. Metody symulacji dużych wirów - LES
2.9.4. Metoda wirowa i metody bezsiatkowe - DVM
2.10. Uwagi dotyczące warunków początkowych i brzegowych oraz możliwości efektywnego rozwiązania kompletnego układu równań aeromechaniki

3. Szczególne przypadki ruchów powietrza w atmosferze ziemskiej
3.1. Stan równowagi atmosfery
3.2. Wiatr geostroficzny
3.3. Wiatr termiczny
3.4. Wiatr gradientowy
3.5. Układ cyklonalny poruszający się ze stałą prędkością
3.6. Uwzględnienie wpływu sił tarcia, wynikających z lepkości turbulentnej powietrza, na poziome ruchy powietrza w warstwie tarciowej troposfery

4. Cyrkulacja atmosfery ziemskiej
4.1. Uwagi wstępne
4.2. Określenie i klasyfikacja ruchów cyrkulacyjnych w atmosferze
4.3. Ogólna (planetarna) cyrkulacja atmosfery
4.4. Cyrkulacja makrometeorologiczna
4.4.1. Uwagi wstępne
4.4.2. Niże wędrowne szerokości umiarkowanych
4.4.3. Wyże wędrowne
4.4.4. Cyklony tropikalne (zwrotnikowe)
4,5. Cyrkulacja mezometeorologiczna
4.5.1. Uwagi wstępne
4.5.2. Bryzy
4.5.3. Wiatry gór i dolin (bryzy górskie)
4.5.4. Wiatry lodowcowe
4.5.5. Feny (wiatry halne)
4.5.6. Bory
4.6. Cyrkulacja mikrometeorologiczna
4.6.1. Uwagi wstępne
4.6.2. Szkwały (nawałnice)
4.6.3. Trąby powietrzne (tornada)
4.6.4. Wiry małoskalowe
4.7. Uwagi podsumowujące

5. Szczegółowy przegląd i analiza wyników badań w skali naturalnej struktury silnego wiatru w warstwie tarciowej troposfery
5.1. Przykłady rejestracji prędkości i kierunku silnych wiatrów za pomocą anemometrów
5.2. Prędkości średnie wiatru a czas uśredniania
5.3. Prędkość charakterystyczna wiatru - makrorejonizacja wiatrowa
5.4. Rozkład maksymalnej rocznej średniej prędkości wiatru na wysokości 10 m nad powierzchnią ziemi
5.4.1. Przypadek bez uwzględnienia rozkładu kierunku wiatru (niezależnie od kierunku wiatru)
5.4.2. Przypadek z uwzględnieniem rozkładu kierunku wiatru (przy określonym kierunku wiatru)
5.4.3. Problem doboru obliczeniowej, średniej prędkości wiatru
5.5. Pionowy profil wiatru i kategorie chropowatości terenu
5.6. Ciśnienie prędkości wiatru i współczynnik ekspozycji
5.7. Parametry fluktuacji prędkości wiatru
5.8. Propozycje do normy oddziaływania wiatru na konstrukcje budowlane w zakresie struktury i parametrów charakteryzujących wiatr w warstwie przyziemnej
5.9. Funkcje korelacji własnej i wzajemnej fluktuacji prędkości wiatru
5.9.1. Definicje funkcji korelacji
5.9.2. Czasowe funkcje korelacji własnej
5.9.3. Przestrzenne funkcje korelacji
5.9.4. Skale długości korelacji fluktuacji prędkości wiatru
5.9.5. Przestrzenno-czasowe funkcje korelacji
5.10. Funkcje własnej i wzajemnej gęstości widmowej mocy fluktuacji prędkości wiatru
5.10.1. Definicje funkcji gęstości widmowej mocy
5.10.2. Funkcje własnej gęstości widmowej mocy
5.10.3. Funkcje wzajemnej gęstości widmowej mocy
5.10.4. Skale częstotliwości fluktuacji prędkości wiatru
5.11. Niektóre charakterystyki probabilistyczne fluktuacji kierunku wiatru
5.12. Uwagi podsumowujące w zakresie prezentowanych wyników badań
5.13. Metody symulacji numerycznej pola prędkości wiatru
5.13.1. Uwagi wstępne
5.13.2. Metoda WAWS
5.13.3. Metoda MR
5.13.4. Metoda ARMA
5.13.5. Program WIND do symulacji numerycznej pola prędkości wiatru

6. Wykorzystanie analizy wymiarowej i teorii podobieństwa zjawisk w różnych zagadnieniach inżynierii wiatrowej
6.1. Uwagi wstępne
6.2. Definicja podobieństwa, skale podobieństwa i kryteria (warunki) podobieństwa
6.3. Kryteria podobieństwa wynikające z analizy wymiarowej
6.3.1. Rozważania ogólne
6.32. Oddziaływanie aerodynamiczne na ciało zanurzone w przepływającym płynie - rozwiązania poglądowe
6.3.3. Średni opór aerodynamiczny, średnia aerodynamiczna siła boczna i średni moment aerodynamiczny budowli
(konstrukcji) smukłej
6.3.4. Drgania aeroelastyczne mostu podwieszonego lub wiszącego
6.3.5. Wirniki siłowni wiatrowych na przykładzie wirników chiralnych
6.3.6. Opad śniegu przy wiejącym wietrze
6.4. Kryteria podobieństwa wynikające z równań różniczkowych opisujących dany problem
6.4.1. Podobieństwo dynamiczne przepływów
6.4.2. Odpowiedź budowli wieżowej spowodowana oporem aerodynamicznym
6.5. Skale podobieństwa dynamicznego przepływów w aerodynamice budowli
6.6. Metody symulacji fizycznej pola prędkości w tunelach aerodynamicznych
6.6.1. Uwagi wstępne
6.6.2. Symulacja warstwy przyziemnej metodą bierną
6.6.3. Symulacja warstwy przyziemnej metodą czynną
6.7. Modele aerodynamiczne w badaniach tunelowych na przykładzie mostów podwieszonych i wiszących
6.8. Wybrane tunele aerodynamiczne do badań modelowych w aerodynamice budowli i inżynierii wiatrowej
6.8.1. Największy w Europie tunel klimatyczny w Nantes, Francja
6.8.2. Największy na świecie tunel aerodynamiczny do badań modeli mostów w Japonii
6.8.3. Laboratorium Inżynierii Wiatrowej Politechniki Krakowskiej z tunelem aerodynamicznym z warstwą przyścienną

7. Wybrane zjawiska opływu ciał o różnej charakterystyce geometrycznej i ich wpływ na oddziaływania aerodynamiczne
7.1. Opływ płaski smukłych ciał pryzmatycznych
7.1.1. Cienki płaskownik o ostrych krawędziach ustawiony normalnie do przepływu
7.1.2. Warstwa przyścienna i zjawisko oderwania warstwy przyściennej na powierzchniach zakrzywionych
7.1.3. Profile opływowe (lotnicze)
7.1.4. Walec kołowy
7.1.5. Ciała o przekrojach nieopływowych lub półopływowych, o ostrych krawędziach, symetrycznych względem napływającego strumienia        
7.1.6. Ciała o przekrojach niesymetrycznych względem napływającego strumienia
7.1.7. Wpływ turbulencji napływającego strumienia na opływ i oddziaływania aerodynamiczne
7.1.8. Wpływ drgań ciała na opływ i oddziaływania aerodynamiczne przy strumieniu ustalonym
7.1.9. Łączny wpływ turbulencji napływającego strumienia i drgań ciała na opływ i oddziaływania aerodynamiczne
7.1.10. Wpływ interferencji aerodynamicznej na opływ i oddziaływania aerodynamiczne
7.1.11 Przegląd i analiza ważniejszych zjawisk aerodynamicznych    wynikających z interferencji aerodynamicznej dwóch   
walców kołowych
7.2. Opływ budowli odosobnionych
7.3. Opływ budowli usytuowanych blisko siebie
7.4. Opływ budowli przewiewnych

8. Ogólna charakterystyka wpływów wiatru na obiekty budowlane i na ludzi
8.1. Ujęcie systemowe wpływów wiatru na obiekty budowlane i na ludzi
8.2. Rodzaje obiektów budowlanych w aerodynamice budowli
8.3. Klasyfikacja oddziaływań wiatru na obiekty budowlane
8.4. Współczynniki aerodynamiczne
8.4.1. Lokalne i wypadkowe (wynikowe) współczynniki aerodynamiczne
8.4.2. Współczynniki aerodynamiczne lokalne lub lokalnie uśrednione przestrzennie
8.4.3. Wypadkowe współczynniki aerodynamiczne lokalne oraz uśrednione przestrzennie lokalnie lub globalnie
8.4.4. Wypadkowe dyskretne lub globalne współczynniki aerodynamiczne
8.4.5. Parametry, od których najczęściej zależą współczynniki aerodynamiczne
8.5. Mechaniczne i aerodynamiczne sposoby redukcji wpływów wiatru na obiekty budowlane
8.5.1. Rodzaje tłumików drgań i ich klasyfikacje
8.5.2. Przykłady wybranych mechanicznych i aerodynamicznych tłumików drgań
8.5.3. Przykłady badań modelowych dotyczących redukcji środkami aerodynamicznymi niekorzystnych wpływów
aerodynamicznych na smukłe budowle wieżowe
8.6. Uwagi końcowe

9. Wybrane wyniki badań eksperymentalnych nad wpływami wiatru na różne obiekty budowlane
9.1. Rozkłady ciśnienia średniego wiatru na ścianach i dachach budynków niewysokich
9.2. Oddziaływanie wiatru na elementy osłonowe i pokrycia budowli
9.2.1. Uwagi wstępne
9.2.2. Średnie i szczytowe (maksymalne) ciśnienie wiatru
9.2.3. Współczynnik ciśnienia wiatru
9.2.4. Analiza prezentowanych i innych wyników badań oraz wnioski przydatne w praktyce inżynierskiej
9.3. Wpływ wiatru na smukłe budowle wieżowe (wysokie budynki, wieże, kominy itp.)
9.3.1. Charakterystyka oddziaływania wiatru na smukłą budowlę wieżową jako całość
9.3.2. Wyznaczanie współczynników aerodynamicznych na przykładzie współczynnika oporu aerodynamicznego
9.3.3. Funkcje korelacji i gęstości widmowej mocy ftuktuacji ciśnienia wiatru
9.3.4. Odpowiedź budowli wieżowych na oddziaływanie wiatru
9.3.5. Omówienie wyników badań na obiektach w skali naturalnej
9.4. Rozkłady ciśnienia średniego wiatru na zrealizowanych przekryciach    dużych rozpiętości o nietypowych kształtach
9.4.1. Uwagi wstępne
9.4.2. Kryty basen pływacki w Moskwie
9.4.3. Uniwersalna Sala Sportowa (USZ) w Krasnojarsku
9.4.4. Kryty stadion przy Alei Pokoju w Moskwie
9.4.5. Olimpijski tor kolarski w Kryłatskim
9.4.6. Stadion Alpejski (Stadio delle Alpi) w Turynie
9.5. Oddziaływanie średnie wiatru na konstrukcje kratownicowe
9.5.1. Uwagi wstępne
9.5.2. Pojedyncze kratownice i dźwigary kratownicowe
9.5.3. Pary kratownic lub dźwigarów kratownicowych
9.5.4. Kratownice przestrzenne - trzony kratownicowe konstrukcji masztowych, wieżowych, dźwigowych itp

10. Przegląd ważniejszych modeli oddziaływania wiatru na obiekty budowlane i ich analiza
10.1. Modele oddziaływania wiatru spowodowanego turbulencją atmosferyczną (buffetingiem) przy pominięciu sprzężeń
aerodynamicznych
10.1.1. Model quasi-ustalony dla ciśnienia wiatru
10.1.2. Model quasi-ustalony przy oddziaływaniach wiatru na smukłe obiekty budowlane
10.1.3. Modele quasi-statyczne oddziaływań wiatru spowodowanych porywami wiatru
10.1.4. Modele oddziaływania wiatru, w których współczynniki aerodynamiczne są uzależnione od częstotliwości porywów prędkości wiatru - koncepcja admitancji aerodynamicznej
10.1.5. Modele zmodyfikowanej teorii quasi-ustalonej, w której składowe fluktuacyjne prędkości wiatru są uśrcdnione czasowo lub przestrzennie
10.2. Podstawowe modele ujęcia obliczeniowego oddziaływania wiatru spowodowanego turbulencją atmosferyczną, spotykane najczęściej w normach i dokumentach normalizacyjnych
10.2.1. Uwagi wstępne
10.2.2. Barowa i charakterystyczna prędkość wiatru, profil wiatru, współczynnik ekspozycji
10.2.3. Oddziaływanie wiatru na jednostki powierzchni budowli lub konstrukcji (ściany, dachu, powłoki itp.)
10.2.4. Oddziaływanie wiatru w linii wiatru na jednostkę długości (wysokości) budowli lub konstrukcji smukłej, ustawionych prostopadle do średniej prędkości wiatru
10.2.5. Uwagi uzupełniające i konkluzje
10.3. Modele wzbudzenia wirowego obiektów smukłych
10.3.1. Przegląd wyników badań i analiza wzbudzenia wirowego obiektów smukłych
10.3.2. Wybrane modele matematyczne wzbudzenia wirowego obiektów smukłych o przekrojach poprzecznych zwartych
10.3.3. Uwagi uzupełniające
10.4. Wybrane modele sprzężeń aerodynamicznych na przykładzie jednoprzęsłowych, smukłych obiektów poziomych, przy ustalonym napływie powietrza atmosferycznego
10.4.1. Uwagi wstępne
10.4.2. Modele Scanlana
10.4.3. Modele, w których występują operatory całkowe z funkcjami aerodynamicznej odpowiedzi impulsowej
10.4.4. Modele własne
10.4.5. Uwagi uzupełniające
10.5. Wybrane zagadnienia dotyczące flatteru na przykładzie mostów (kładek) wiszących lub podwieszonych
10.5.1. Wprowadzenie
10.5.2. Klasyczne zagadnienie flatteru giętnego, skrętnego lub giętno-skrętnego przęsła mostu (kładki) wiszącego lub podwieszonego
10.5.3. Wzory uproszczone do wyznaczania prędkości krytycznej flatteru V

11. Modele własne autora oddziaływań wiatru na smukłe obiekty budowlane
11.1. Uwagi wstępne
11.2. Modele wzbudzenia wirowego
11.2.1. Obiekty smukłe o osi prostoliniowej pionowej, poziomej lub ukośnej, ustawionej poprzecznie (normalnie) do przepływu
11.2.2. Obiekty smukłe o osi prostoliniowej, ukośnej do przepływu
11.2.3. Obiekty złożone z elementów smukłych o osiach prostoliniowych i dowolnej orientacji w przestrzeni
11.3. Odpowiedź konstrukcji prostej lub złożonej z konstrukcji prostych w warunkach krytycznego wzbudzenia wirowego
11.3.1. Konstrukcja prosta - przypadek ustalonego napływu powietrza
11.3.2. Konstrukcja prosta - przypadek nieustalonego napływu powietrza
11.3.3. Konstrukcja prosta lub złożona z elementów prostych o przekrojach zwartych, traktowana jako układ
dyskretny
11.3.4. Konstrukcja prosta lub złożona z konstrukcji prostych o przekrojach dowolnych, przy pominięciu wpływu drgań na krytyczne wzbudzenie wirowe
11.4. Symulacja numeryczna krytycznego wzbudzenia wirowego i odpowiedzi obiektów smukłych na to wzbudzenie
11.5. Modele oddziaływai4 wiatru na smukłe obiekty budowlane wg zmodyfikowanej teorii quasi-ustalonej
11.5.1. Uwagi wstępne
11.5.2. Modele quasi-ustalone oddziaływania wiatru w przypadku obiektu nieruchomego
11.5.3. Podstawowe relacje dotyczące składowych wzdłużnej i poprzecznej oddziaływania wiatru
11.5.4. Przypadki szczególne modeli quasi-ustalonych oddziaływania wiatru
11.5.5. Trudności związane z wyznaczaniem współczynników aerodynamicznych na podstawie wyników badań
11.5.6. Przykładowe wartości współczynnika aerodynamicznego C w przypadku różnych przekrojów
11.5.7. Podstawowe relacje przy oddziaływaniu skrętnym wiatru
11.5.8. Modele quasi-ustalone oddziaływania wiatru w przypadku obiektu ruchomego (drgającego)
11.6. Analiza najprostszych przypadków szczególnych otrzymanych wzorów
11.6.1. Analiza drgań w linii wiatru budowli wieżowej typu wspornikowego
11.62. Analiza sprzężeń aerodynamicznych jednoprzęsłowych obiektów poziomych przy ustalonym napływie powietrza
atmosferycznego
11.6.3. Uwagi końcowe odnośnie teorii quasi-ustalonej

12. Implementacja komputerowa oddziaływania wiatru na złożone obiekty smukłe według teorii quasi-ustalonej
12.1. Modelowanie oddziaływania wiatru na złożone obiekty smukłe według teorii quasi-ustalonej
12.1.1. Ogólny algorytm postępowania
12.1.2. Model szczegółowy i zgrubny złożonego obiektu smukłego
12.1.3. Układy współrzędnych
12.1.4. Statyczne oddziaływanie wiatru
12.1.5. Częstotliwości i postaci drgań wokół nieliniowo wyznaczonego położenia równowagi
12.1.6. Turbulentne pole prędkości wiatru
12.2. Obliczenia i analiza aerodynamiczna masztu wysokości 342 m
12.2.1. Opis konstrukcji masztu z odciągami
12.2.2. Częstotliwości i postaci drgań własnych wokół nieliniowo wyznaczonego położenia równowagi
12.2.3. Składowa dynamiczna odpowiedzi masztu na turbulentne oddziaływanie wiatru
12.2.4. Porównawcze obliczenia masztu zgodnie z modelem quasi-statycznym
12.2.5. Wnioski

13. Wpływy wiatru na człowieka i zagadnienia komfortu wietrznego
13.1. Ogólna charakterystyka wpływów wiatru na człowieka jako przechodnia lub mieszkańca
13.2. Metody urbanistyczne i architektoniczne redukcji niekorzystnych wpływów wiatru w poziomie przechodniów
13.3. Kryteria komfortu wietrznego w poziomie przechodniów na terenach miejskich
13.3.1. Miarodajna prędkość wiatru
13.32. Dane meteorologiczne
13.3.3. Przeniesienie danych meteorologicznych
13.3.4. Ocena komfortu
13.3.5. Analiza wybranych kryteriów komfortu wietrznego
13.3.6. Propozycje własne autora kryteriów komfortu wietrznego w warunkach Polski
13.4. Efekty termiczne wpływu klimatu na ludzi
13.5. Badania w tunelach aerodynamicznych, analizy CFD
13.6. Warunki sztywności przestrzennej budowli wysokich przy oddziaływaniu wiatru
13.6.1. Uwagi wstępne
13.6.2. Warunki odkształcalności poziomej
13.6.3. Warunki typu fizjologicznego (psychologicznego)
13.6.4. Ocena stopnia odczuwalności poziomych drgań przez mieszkańców budynków wysokich przy oddziaływaniu silnego
wiatru w świetle dokumentu ISO 6897 (1983)

14. Wybrane zagadnienia energetyki wiatrowej
14.1. Wstęp
14.2. Zasoby energii wiatru w Polsce
14.3. Lokalizacja farm (parków) wiatrowych
14.4. Elektrownie wiatrowe o osi poziomej
14.4.1. Informacje wstępne
14.4.2. Teoria strumieniowa łopatowego silnika wiatrowego
14.4.3. Modele oddziaływań wiatru na łopaty i oś wirnika wiatrowego
14.4.4. Podstawowe cechy i przykłady rozwiązań konstrukcyjnych elektrowni wiatrowych
14.4.5. Podstawowe układy pracy EW
14.4.6. Układy regulacji (sterowania) EW
14.4.7. Dynamika wirnika i wieży EW
14.4.8. Chiralne wirniki wiatrowe o osi poziomej wykorzystujące efekt Magnusa   14.5. Wirniki wiatrowe o osi pionowej

Literatura
Wykaz ważniejszych skrótów

Alfabetyczne zestawienie ważniejszych zagadnień omówionych w książce przydatnych w procesie projektowania konstrukcji budowlanych