[發明專利]一種實驗室風譜模擬方法

在審

• 申請號: 202010749420.5
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN111929027A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 李澤;張文忠;何平;丁廣佳;韓濤;呂迎雪;孔叢穎;孫運佳;李景輝;李姍
• 申請（專利權）人: 中交天津港灣工程研究院有限公司;中交第一航務工程局有限公司;天津港灣工程質量檢測中心有限公司
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發明公開了一種實驗室風譜模擬方法，包括：步驟一由風譜求得風速序列值、步驟二實測風機風速與功率對應關系、步驟三由工控機根據風速和功率對應關系，由風速序列計算得到變頻器控制信號序列，控制風機工作。本發明提出的實驗室風譜模擬方法科學合理，通過對風譜進行時頻轉換得到風速序列，然后對風機進行變頻控制，從而實現實驗室內對風譜的模擬。

技術領域：

本發明屬于港口航道工程實驗室試驗方法技術領域，特別是涉及一種實驗室風譜模擬方法。

背景技術：

隨著我國水運事業的迅速發展，為滿足運量快速增長的需求，適應船舶大型化的發展需要，沿海各大港口不斷擴大進港航道的規模，同時水運船型也在不斷的增大。港口航道工程實驗室中常常需要進行船舶泊穩條件、靠泊條件、系纜力驗證等試驗，為港口碼頭建筑物設計、船舶停靠泊設計提供參考依據。船舶所受到的主要荷載包括水流、波浪以及風荷載，傳統的港口航道工程實驗室中已有成熟的波浪、水流荷載試驗模擬方法，然而對于風荷載的模擬，往往僅選用固定風速條件作為試驗條件，與自然條件不符。自然風是由空間不同位置之間的大氣壓力差產生的，是一個隨時空變化的隨機過程，其變化具有一定的頻率，固定風速模擬條件不能夠反映風速變化對船舶行駛、靠泊的影響，對工程設計是偏危險的。

因此，港口航道工程實驗室中迫切需要一種能夠模擬自然風風譜特征的試驗方法，提高對風荷載模擬的精度。

發明內容：

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足而提供一種實驗室風譜模擬方法，本發明的風譜模擬技術科學合理，通過變頻控制風機轉速，從而達到模擬風速隨時間變化的風譜特征。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種實驗室風譜模擬方法，按以下步驟進行：

步驟一，根據余弦疊加原理，將具有一組特征參數的風譜進行時頻轉換，由頻域的風譜值計算得到時域的風速序列值；

步驟二，利用變頻器控制風機轉速，在一定頻率范圍內間隔改變變頻器功率，利用風速儀測量距離風機指定位置處的風速，得到風速值與變頻器功率的一一對應關系；

步驟三，將計算得到的脈動風速時序列傳輸至工控機，根據步驟二所得的風速值與變頻器功率的一一對應關系，由工控機轉變為變頻器的控制信號，傳輸至變頻器，變頻器根據控制信號控制風機轉速變化，從而控制風機按所需要的時序列產生需要的風速變化。

在上述技術方案中，在步驟一中，根據Davenport風譜公式，選取特征參數計算風速譜值，見公式(1)：

式中S_v(f)代表脈動風速功率譜，代表相應點10m高處的平均風速，f為脈動風頻率，K為地面粗糙系數，x為湍流積分尺度系數；

然后根據余弦疊加法，將風譜轉換為風速序列，見公式(2)：

式中g(t)代表脈動風速時序列，S_V(ω)代表脈動風速的功率譜密度函數，Δω為頻率增量，φ_j為均勻分布在(0,2π)內的隨變量。

在上述技術方案中，在步驟二中，在0～50Hz范圍內間隔0.5Hz改變變頻器功率。

本發明的原理是：本發明通過變頻控制風機轉速達到控制風機產生隨時間變化風速的目的，運用余弦疊加原理將風譜值轉換為風速時間序列值，并根據經過測量的風速值與變頻器功率直接的一一對應關系，將風速序列值轉換為變頻器控制信號序列，完成對風機的變頻控制。

本發明與現有技術相比其顯著優點在于：

1.本發明運用余弦疊加原理將風譜值轉換為風速序列值，方法科學可靠。