[發明專利]一種水域上空風拖曳系數測算方法

在審

• 申請號: 202010584392.6
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111811773A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 胥瑞晨;逄勇;胡祉冰;舒小頌
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G06F17/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 杜鵬爽

1.一種水域上空風拖曳系數測算方法，其特征在于，包括：

(1)在待測水域選取監測點放置可隨水漂流的位置采集裝置，根據預設的時間步長進行位置信息采集；

(2)根據采集的位置信息，獲得測試時間段內待測水域的流場數據；

(3)根據在所述位置采集裝置漂流期間待測水域周邊各風站的風場信息，得到所述測試時間段內待測水域的風場數據；

(4)根據所述流場數據、風場數據以及待測水域周邊邊界條件，計算所述待測水域的風拖曳系數。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述位置信息采集裝置包括GPS定位模塊和防水浮球，通過所述GPS定位模塊采集并傳輸所述防水浮球的位置信息。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述流場數據包括待測水域的水流速度及水流方向。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(2)中采用Haversine公式計算水流速度，具體為：

haversin(θ)＝sin²(θ/2)＝(1-cos(θ))/2 (2)

其中，A、B分別為測試時間段內位置采集裝置的起點和終點，S_AB為A、B兩點之間的距離；R為地球半徑；分別為A、B兩點的緯度；δ₁，δ₂分別為A、B兩點的經度；Δλ表示兩點經度的差值；表示平均速度；t表示時間。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述測試時間段內待測水域的風場數據包括水面預設高度處的風速和風向。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，步驟(3)包括采用自然臨點插值法將待測水域周邊的多遠風場分量信息耦合，得到所述測試時間段內待測水域的風場數據，具體公式如下：

其中，w_i(x)為參與插值的樣本點i(i＝1,....,n)關于插值點x的權重，a_i為參與插值的樣本點所處泰森多邊形的面積，a(x)為待插值點x所處泰森多邊形的面積，a_i∩a(x)為兩者相交的面積；

其中，u(x)為待插值點x處東西方向風力大小的插值結果，v(x)為待插值點x處南北方向風力大小的插值結果，u_i和v_i分別為樣本點i處不同方向的風力大小值。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述待測水域周邊邊界條件包括出入流量及測試時間段的氣象條件。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述風拖曳系數通過以下公式計算：

式中：C_S為風拖曳系數；ρ_a和ρ_w分別表示空氣和水的密度；U_w、V_w分別為x、y方向上水面預設高度處的風速分量，M、N分別為無量綱系數。