海上风电勘探装备研发与应用

配置合理的海上风电勘探装备,对海上风电地质钻探至关重要,而配置合理、功能齐备的海上风电勘探平台更是重中之重。为了提升35 m以上水深海上风电勘探作业工效、安全、精度,本文主要从平台运维功能和勘探功能设计为切入点,针对性地开展了平台主要技术规格、升降操控系统、场区设计、现场土工试验室等方面的海上风电勘探自升式勘探平台装备的功能设计与研究,研发了具备双孔勘探能力的自升式勘探平台,并在投产运营2年中,取得了良好的使用效果,勘探工效、安全性大大提升,达到了研发的目标,为海上风电勘探提供了有力的装备支撑。     

IBIS-L系统与TM30全站仪在边坡变形监测中的对比分析

使用IBIS-L系统对大型水电站边坡长时间的监测数据进行分析和处理,并与TM30全站仪进行变形监测精度对比。试验表明,IBIS系统可得到在雷达视线方向优于mm级精度的形变结果,优于TM30全站仪,可以实现高分辨率、高精度、实时的大型水电站边坡长时间变形监测。     

基于多星融合高度计数据的中国海波浪能资源评估

Wave energy resources are abundant in both offshore and nearshore areas of the China's seas. A reliable assessment of the wave energy resources must be performed before they can be exploited. First, for a water depth in offshore waters of China, a parameterized wave power density model that considers the effects of the water depth is introduced to improve the calculating accuracy of the wave power density. Second, wave heights and wind speeds on the surface of the China's seas are retrieved from an AVISO multi-satellite altimeter data set for the period from 2009 to 2013. Three mean wave period inversion models are developed and used to calculate the wave energy period. Third, a practical application value for developing the wave energy is analyzed based on buoy data. Finally, the wave power density is then calculated using the wave field data. Using the distribution of wave power density, the energy level frequency, the time variability indexes, the total wave energy and the distribution of total wave energy density according to a wave state, the offshore wave energy in the China's seas is assessed. The results show that the areas of abundant and stable wave energy are primarily located in the north-central part of the South China Sea, the Luzon Strait, southeast of Taiwan in the China's seas; the wave power density values in these areas are approximately 14.0–18.5 k W/m. The wave energy in the China's seas presents obvious seasonal variations and optimal seasons for a wave energy utilization are in winter and autumn. Except for very coastal waters, in other sea areas in the China's seas, the energy is primarily from the wave state with 0.5 m≤H s≤4 m, 4 s≤T e≤10 s where H s is a significant wave height and T e is an energy period; within this wave state, the wave energy accounts for 80% above of the total wave energy. This characteristic is advantageous to designing wave energy convertors(WECs). The practical application value of the wave energy is higher which can be as an effective supplement for an energy consumption in some areas. The above results are consistent with the wave model which indicates fully that this new microwave remote sensing method altimeter is effective and feasible for the wave energy assessment.     

网格锚定单体碟形网箱的水动力特性研究

目前碟形网箱在我国并未得到广泛的推广应用,但其良好的抗流抗变形能力和可沉降特点使其在大风大浪水流湍急的深海水域有着不可替代的作用。如能在深水碟形网箱的基础上,开发出具有自主知识产权的深水网箱,必将对我国的养殖业产生重大的影响。本文基于凝集参数法,利用Orca Flex软件建立网格锚定的深水碟形网箱模型,并进行了多海况下的数值计算。结果表明,波流联合作用下,对锚绳张力影响最大的为海流流速,其次为波高,周期对张力的影响并不明显;锚绳最大张力并非出现在入射波与流速同向的情况下,而是发生在两者存在某一夹角时;浮环最大倾角随流速和波高线性增大,随着波浪周期增大而减小;此外,下沉能明显改善网箱系统和锚绳的受力。     

基于实密度的卧式浪流轮机水槽实验研究分析

实密度是影响轮机获能特性的关键因素之一。文中以卧式轮机实密度为基变量,以其获能系数为主要考察点,对3种实密度卧式轮机进行水槽实验方案设计和水动力性能研究。实验分别对水流流速、轮机旋转角速度、主轴转矩以及功率进行测量,并对其对主轴的扭矩、轮机的获能系数以及叶片的旋转特性进行定量分析,最终证实了该卧式轮机的单一运行特性。通过绘制基于实密度的轮机转矩—转角曲线、获能系数—尖速比曲线和轮机功率—尖速比曲线,阐明了实密度影响卧式轮机获能水动力性能的规律,即其获能系数和发电功率都随着工况速比呈先增后降趋势。实密度较低轮机因浪流流失而获得能量小,但实密度过高轮机会导致叶片间湍流涌动,加速叶片失速特性而影响轮机获能。这为卧式浪流轮机结构优化提供了可靠依据和借鉴。     

基于模糊逻辑的风廓线雷达功率谱数据质量控制研究

随着风廓线雷达组网观测系统建设的推进,质量控制是提高风廓线雷达观测资料应用效益的重要环节。通过介绍风廓线雷达回波信号的产生机理、信号与数据处理流程,研究了风廓线雷达多普勒功率谱的湍流回波与干扰回波的特征,给出了功率谱的特征量,提出了基于模糊逻辑提取大气湍流回波信息的质量控制方法,改进了多普勒速度估算的准确性。为检验质量控制方法的可靠性,以合肥2008年6月4日10:42:16(北京时,下同)东波束和8日10:36:20西波束的多普勒功率谱数据处理为例开展了风廓线观测资料质量控制的个例试验分析,结果表明处理后观测资料的可用性较好。     

基于径向功率谱的风廓线雷达错误风数据处理

选取上海市世博园区站、金山站和嘉定F1赛车场站3个风廓线雷达站2012年3月7日凌晨一次降水过程生成的错误水平风场数据,通过对比该时段高、低模式扫描实时径向功率谱数据,指出在降水初期风廓线雷达软件质量控制出现错误的原因,并重新识别错误时段的功率谱,反演水平风场数据。分析表明:在降水初期由于风廓线雷达各波束探测的数据在空间上不一致,易导致雷达软件采用的质量控制算法并不能全部识别和消除降水对数据的干扰,从而出现偏差。基于风廓线雷达高时空分辨率径向功率谱数据的分析处理方法可有效验证雷达软件质量控制算法,且经过该方法反演后的水平风场更为合理。     

集合均方根滤波同化地面自动站资料的技术研究

模式地形与观测站地形高度差异一直是地面资料同化面临的棘手问题,合理的同化方案能够将地面自动站资料有效的同化到中尺度数值模式中。本文首先采用Guo et al.(2002)的方案实现了在WRF模式中应用集合Kalman滤波方法同化地面自动站资料;然后对方案进行调整,对10 m高度风场、2 m高度位温、2 m高度露点和地表气压进行同化。通过均方根误差分析,模拟结果和同化增量分析来确定集合平方根滤波(EnSRF)同化地面自动站资料的有效性,并进行敏感性试验分析检验模式对各要素物理量的响应状况。结果表明:在EnSRF同化系统中应用Guo et al.(2002)的方案将地面自动站资料进行同化到数值模式中,能够部分改善模拟结果;地面观测资料(温度、湿度、风场、地表气压)中各物理量分别同化到数值模式都能影响18小时降水预报,但各物理量所起作用大小不同,其中对结果影响最大的是露点;使用位温、露点分别代替温度、比湿进行同化模拟效果更好,对自动站资料的同化也更加有效。     

自动气象站蒸发传感器现场校准规范相关问题探讨

为了使自动气象站蒸发传感器现场校准规范更好的适用于实际工作,根据超声波蒸发传感器的特点、现场校准的工作经验和一些实验数据,发现并剖析了《自动气象站蒸发传感器检定规程》的不足,并在此基础上提出了增设重复性测量、最大允许误差应改为±(01 mm+15%×标准高度标称值)以及在校准操作方法中,应明确描述使用整块标准模块进行操作的几点修订意见,从而进一步完善了超声波蒸发传感器现场校准指标和方法,为新编的现场校准规范的编制提供依据。     

多波束成像声纳系统低功耗设计

针对多波束成像声纳系统降低系统功耗提高续航能力的要求,从硬件和算法两个方面展开了对系统的低功耗设计。硬件方面通过采用单电源运算放大器(OPA)电路架构对系统调理模块的放大、滤波链路进行了重新设计,实际测试结果表明实现了14.37W的系统功耗降低。算法方面通过提出一种基于圆阵的旋转多波束形成方法,在完成系统多波束设计的基础上实现了85倍的资源优化效果,为信号处理模块的FPGA芯片低功耗选型提供了技术支撑。