立式风洞新型方向场动压场组合测量装置

为满足立式风洞方向场动压场测量需求,提出一种双倒“T”型结构的方向场动压场组合测量装置方案。采用电机同步控制实现排管架的水平和垂直方向运动,排管架横截面采用NACA0020对称翼型,将原有直径12 mm的五孔探针优化为8 mm,并进行现场安装调试。检测结果表明,该装置水平和垂直方向的位移同步控制精度为0.2 mm。在立式风洞进行一期方向场动压场测量试验,结果表明:该装置性能较为先进,准确地测得了立式风洞试验段模型区内的方向场和动压场数据,能够作为今后立式风洞流场校测主力装置之一。

基于CFD模拟的混合式住宅小区布局对风环境改良的研究

文章旨在探讨衡阳市住宅小区的风环境问题,并提出优化方案。通过对该市不同季节的气象数据和现存建筑的模拟分析,研究发现建筑布局和围合形式对风环境有着显著的影响。因此,作者提出了针对冬季和夏季不同风向的方案,以改善住宅小区内部的风环境。本研究采用计算流体动力学CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟技术模拟住宅小区周边的风环境,并控制改良后的模拟方案中的变量,以验证所提出的优化方案的可行性,同时对比分析不同方案的效果。结果表明,合理的调整建筑布局能显著优化其周围的风环境,改善通风并缓解局部风速过快的问题。证明CFD技术在未来住宅小区的规划上能提供更科学合理的方案。希望本研究能为未来同类型研究提供参考。

改进MUSIC算法的超声波测风方法研究

针对传统超声波测风装置测风精度不高、抗噪声能力弱,提出了一种改进多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法的超声波测风方法。采用一种弧形6阵元超声波传感器阵列的测风结构,推导其阵列流型;在此基础上,添加小波阈值降噪算法提高信号信噪比,降低噪声信号协方差矩阵的秩;再使用PHAT加权广义互相关时延估计算法以提高时延估计的准确性,同时根据时延关系对传统MUSIC算法矢量矩阵进行改进;最后通过MUSIC算法实现对风速风向的测量。理论分析与仿真结果表明:改进后的MUSIC算法具有较好的抗噪性能和较高的风参数测量精度,测量风速绝对误差达到0.15 m/s,风向绝对误差达到2°,可以应用于对风参数要求较高的场景。

矿用对射式风速风向传感器设计

针对目前风速传感器启动风速高、设计方案复杂、无法准确测量巷道整个断面平均风速的问题,基于超声波对射式测风原理,设计了以STM32为核心的矿用对射式风速风向传感器,介绍了传感器总体结构、收发电路设计、滤波算法及软件流程。该传感器改变了以点带面的测风方式,通过大距离(5~12 m)超声测风技术测量巷道中线风速,以该风速代表整个巷道的平均风速,提高了巷道风速测量的准确性和实时性。依据设计方案研发了测试样机,在环形风洞中的测试结果表明,该传感器测量值与风速标准值在0.1~15 m/s内具有较好的一致性,测量误差小于0.1 m/s,能够满足智能化矿井对巷道风速测量精度的要求。

基于二次相关的超声波风速风向测量方法

为解决超声波测风仪存在的抑制噪声能力不足、受环境温湿度等影响导致稳定性差等问题,提出一种基于二次相关算法的三阵元超声波测风方法。首先结合超声波测风原理设计了一种三阵元测风结构,该结构包含3个收发一体式超声波换能器;其次依据该系统结构给出一种基于二次相关的超声波传播时间测量方法,利用二次相关算法对噪声抑制更强的性能可有效提高风速风向测量的精度,并从理论上说明了所提测风方法不受超声波本身传播速度即环境温湿度对其的影响。最后通过模拟仿真实验和搭建的实际测量系统对所提方法进行了有效性验证。在实际测量中风速风向角的最大测量误差分别为2.0%和2.1°,基本达到了超声波风速风向测量的精度要求。

基于二次相关的双阵元接收阵列超声波风矢量测量

针对在低信噪比条件下超声波风速风向测量精度低的问题,提出一种基于二次相关法的双阵元接收阵列超声波风速风向测量方法。首先采用由一个超声波发射传感器和两个接收传感器组成的阵列结构,其次在该系统结构基础上给出一种基于二次相关的超声波传播时间测量方法,利用二次相关算法对噪声抑制更强的性能可有效提高风速风向测量的精度。最后通过模拟仿真实验对所提测风方法进行有效性验证,并通过双阵元测风系统进行了实测数据验证。实验结果表明,基于二次相关算法的双阵元接收阵列超声波传感器风速风向测量方法具有较强的噪声抑制能力,在实测环境下风速风向最大测量误差分别为0.24 m/s和2.4°,基本达到了超声波测风仪的设计要求。

互射式三阵元超声波传感器的二次相关测风方法

针对现有的超声波测风仪测量精度不高、受环境温湿度及阴影效应等因素影响较大等问题,提出了一种基于二次相关的互射式三阵元超声波测风方法.所提方法采用三阵元互射式阵列结构并结合二次相关的时延估计算法进行超声波传播时间测量,进而根据超声波传播时间与风速风向的关系得到风速风向值.所提方法具有较强的噪声抑制能力,而且可减小阴影效应及消除温湿度对风速风向测量的影响.通过模拟仿真实验以及搭建的互射式三阵元超声波测风系统对所提方法进行了有效性验证和实测数据验证.实验结果表明,与正交对射式测量方法、阵列式测风方法以及基于一次相关的互射式三阵元测风方法相比,所提方法具有更高的测风精度.在实测实验中风速测量的相对误差为2.38%、风向测量的误差为2.3°,基本达到了超声波测风的技术要求.

基于移动平台的三维风速风向动态测量系统

由于风速风向对帆船等移动平台的影响,需要实现对风速风向的动态测量,因此设计了一款基于时差法的正四面体非正交结构超声波阵列的动态测量系统。该系统通过测量超声波在顺风和逆风下传播的速度不同,结合测量装置的结构解析,得到风速风向和俯仰角,利用磁力计补偿方位信息数据和中值滤波算法,解决了在移动平台上实时动态采集风速风向和俯仰角的问题。经实际测试,系统风速测量误差在±1 m/s以内,风向测量偏差不超过0.8°,俯仰角测量偏差不超过1°,达到预期设计要求。

风力发电机无速度传感器网侧功率直接控制

采用不可控整流和可控逆变的交直交结构作为直驱式永磁同步风力发电机的并网电路。从发电机转速、功率和直流母线电压之间的相互关系出发,提出利用直流母线电压进行转速观测实现无速度传感器。根据风力机特性和并网电路的功率模型,提出网侧功率直接控制实现最大风能跟踪。实现了有功／无功功率的解耦控制,并给出有功／无功的参考值选取范围。最后采用电流滞环方法进行逆变器控制。仿真结果验证了所提出的控制策略简单有效、具有良好的稳态精度和动态性能。

风速风向测量误差补偿算法的研究

为了提高风帆助力船舶中风速风向的测量精度,提出一种基于空间模型的风速风向测量误差补偿算法。首先建立了船舶运动状态下风速风向矢量的空间模型。在应用超声波风速风向测量技术的基础上,通过空间测量的方法确定测量误差与空间倾角的对应关系,并对测量误差进行单向拟合补偿计算和空间拟合补偿计算。最后,经过大量的实验和测量数据的对比,验证了基于空间模型误差补偿算法的有效性和可行性。从而解决了一类风帆助力船舶辅助推进控制系统的风速风向空间测量的误差补偿问题,使得风速风向测量精度满足风帆辅助推进控制系统的要求。

船舶摇摆状态下风速测量误差分析与补偿研究

目前船舶所使用的超声波风速风向仪只能保证在静态下准确测量。当船舶摇摆时,迎风角改变且改变速度不确定,因而引起测量误差。针对上述问题,根据超声波风速传感器的工作原理分析了动态下产生测量误差的机理,搭建了模拟船舶摇摆和倾斜的测量平台,测量了各种摇摆角度及不同摇摆速度下的风向风速数据,通过对大量实验数据的分析,提出了基于多变量非线性拟合的补偿算法,实现了船舶摇摆影响下风速风向的高准确度动态测量。

基于ARM+CPLD的高精度超声波风速仪的设计

分析了运用超声波时差法测量风速风向的基本原理,介绍了风速风向的相关算法,重点给出了基于ARM+CPLD的超声波风速风向仪原型设计。同时提出了一种处理0°(360°)附近平均风向问题的算法,结合实际运用(风力发电)给出了一种运用气压传感器进行绝对风速测量的理论模型。所设计的超声波风速风向仪对环境监测和风力发电等具有重要的参考应用价值。

九堡大桥桥址台风“海葵”近地风特性实测研究

为给东南沿海地区桥梁结构抗台风设计提供依据,基于九堡大桥(钱江八桥)上安装的桥梁健康监测系统的风速风向监测子系统,对2012年台风"海葵"气候条件下风速风向数据进行了全程采集,根据实测数据对台风过程中的脉动参数(平均风速与风向、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度、脉动风速功率谱)进行统计分析。分析结果表明:基本时距为10min时,纵向及横向脉动风速湍流度随时间的变化趋势基本一致,随平均风速的增大而减小;各向阵风因子随平均风速的增大而减小,横向与纵向阵风因子均值的比值为0.30,风速较小时,阵风因子减小速率较快,而风速较大时,减小趋势不明显;各向的湍流积分尺度均随平均风速的增大而增大;实测脉动风速谱与Von Karman谱基本符合。

基于触须传感器的风速测量研究

动物触须能够很好地感知外部环境,包括气流的信息。借鉴动物触须系统,用PSD作为位置检测元件设计了触须传感器以弥补现有风速测量装置存在的不足,并将其用于风速测量实验。将触须传感器置于不同强度以及不同方向的风速场中进行实验,结果表明,触须传感器不仅能够很好地测量风速的大小,而且在测量风速方向方面也具有很好的效果。

基于有限差分运行域的风电场全风况超短期出力动态区间建模

风电功率具有波动大、不确定性强等特点,场级超短期出力在风电机组风况、出力方面的时延性及时空分散性尚未有效解决。首先,针对周期性风向数据,对机组进行风向聚类并划分风向扇区。其次,提出两步相关性分析法,确定对场级出力影响大且相对独立的多元特征风速。然后,基于有限差分运行域定义回归向量,采用长短期记忆神经网络进行超短期时序动态建模,并结合非参数条件核密度估计法和半参数Copula估计法构建区间模型。最后,通过算例仿真验证了动态区间模型的有效性与可靠性。该模型适用分钟级至秒级的风电场动态响应特性建模,对风电场快速一次调频、无功调压等研究具有指导意义。

超声波传感技术的矿用多通道智能风速风向仪

针对国内矿井现阶段测风仪器产品测量精准度易受井下潮湿、多尘等复杂条件的影响,提出了一种矿用智能多通道风速风向仪。软件采用多平台分模块设计,利用多段拟合进行测量参数误差修正,将超声波传感器、干湿温度传感器、压力传感器、信号转换电路等集成在风速风向仪手持终端上,实现了风速、风向等待测环境参数的多通道快速精准测量与参数自主校准。通过在测试环境下与传统机械风表的对比测试,结果表明:平均测试误差仅为2.47%,测风效果与稳定性明显高于传统机械风表。

基于高阶累积量的阵列式超声波传感器风速风向测量

针对现有超声波测风系统在实际应用中环境噪声抑制效果差、风速和风向测量精度不高的问题,提出了一种基于高阶累积量的阵列式超声波传感器风速风向测量方法。所提方法采用一种由一个超声波发射阵元和五个超声波接收阵元组成的阵列式超声波测风系统结构,并在此系统结构上,采用基于高阶累积量的多重信号分类(MUSIC)算法,抑制高斯白噪声及高斯色噪声的干扰,实现高斯混合噪声下风速风向的有效测量。所提方法与应用相关算法的测风方法相比,具有更高的噪声抑制能力及更高的风速风向测量精度。最后通过仿真实验与实测数据验证实验对所提方法的有效性进行了验证与分析,实验结果表明风速和风向角的测量误差分别为2.3%和-2°,基本达到了超声波测风方法的技术要求。

基于无人机的复杂地貌上空风场实测研究

本文研究了利用多旋翼无人机搭载风速风向测量设备对不同地貌上空平面风场实测分析的方法。以北京市延庆区某试验基地内的测风塔为参考,首先对无人机测风准确性进行研究,其次取相同时间段内测风塔与不同测点位置无人机的实测风速风向数据进行正交分解处理,分析得到无人机和测风塔风速、湍流度的相互比值关系,通过测风塔数据和比值关系,可以推知空中不同测点的风速和风向数据,进而获得复杂地貌影响下的上空风场状况。实测结果表明:修正后无人机平均风速、平均风向与测风塔相比误差较小,无人机测量得到湍流度较测风塔更大,通过滑动平均法可以一定程度上减小无人机测得的湍流度;空中平面风场状况受地貌影响较大,复杂地貌上空风场波动更大。通过现场实测,初步验证了应用多旋翼无人机搭载风速仪在不同地貌上空实现空中平面风场测量的可行性,可为局部区域风场测量、风电场微观选址等提供新思路和新方法。

一种基于光点位置敏感器件的风速风向测试系统设计

以二维位置敏感检测器(PSD)为核心器件设计了二维风速风向测试系统,系统采用激光作为光源,光源射在PSD上的位置反映了环境风速和风向的大小.简要介绍了PSD的原理和特点,分析了测试系统的工作原理,利用矢量计算给出了风速和风向的计算方法.制作了测试系统,并对PSD位置定位和风速风向的关系进行了测试.该系统的风速测量范围在0～30m/s,未经放大处理时,分辨率可达0.15mV/(m.s-1),风向测试的平均误差小于7.°该传感系统结构简单,测试方便,受环境温度影响小.选择合适的风敏竿,可以进一步增加测试灵敏度和拓宽测量量程.

4～8级大风的次声波三维动态频谱测量研究

将三台次声接收器 ,以次声三点阵形式安装在北京昌平 ,测量到 2 0 0 0年 1～ 4月 12次 4级大风、10次 5级大风、5次 6级大风、3次 7级大风和 2次 8级大风的次声波P t曲线。用快速傅立叶变换得到它们的三维动态频谱。频谱分析结果表明 ,4～ 8级大风均能产生振幅较强、方向可测的次声波 ,它们有许多 5 ,8,10 ,12 ,15min左右的短周期成分 ,同时也有 30～ 6 5min的长周期成分 ,每隔一段时间就出现从短周期到长周期连成一片的现象 ,风力越大 ,连接出现得越频繁。大风的次声波三维动态频谱的强振幅平均值与风力级数的大小有关 ,前者随后者的增加而增大 。