風(fēng)洞實驗是研究風(fēng)沙運動物理規(guī)律的重要手段,然而現(xiàn)有的風(fēng)洞實驗條件與實際野外環(huán)境有著很大的區(qū)別,進(jìn)而造成風(fēng)沙遷移風(fēng)洞實驗結(jié)果與野外觀測數(shù)據(jù)有極大的偏差。在大氣邊界層風(fēng)洞內(nèi)近似復(fù)現(xiàn)野外陣風(fēng)環(huán)境是風(fēng)沙遷移研究發(fā)展的重要基礎(chǔ),也是現(xiàn)今風(fēng)洞實驗中的一個熱點問題。本文首先應(yīng)用傅里葉變換對野外陣風(fēng)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了頻譜分析,發(fā)現(xiàn)野外陣風(fēng)能量主要集中在低頻部分,在風(fēng)沙躍移層頂部高度處91.15%的風(fēng)能集中在0.05Hz以下。通過比較3種常用濾波方法的濾波效果,引入小波變換對野外陣風(fēng)風(fēng)速時序進(jìn)行濾波。應(yīng)用遺傳算法對濾波后的野外陣風(fēng)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行分段擬合,轉(zhuǎn)化為一系列連續(xù)的正弦風(fēng)速曲線。另一方面在雙動力風(fēng)機的大氣邊界層風(fēng)洞內(nèi)通過組態(tài)王軟件-PLC-變頻器（2臺）進(jìn)行風(fēng)機的獨立變頻控制,實驗測定了風(fēng)機工作電流頻率與風(fēng)洞內(nèi)風(fēng)速的標(biāo)定關(guān)系。在滿足風(fēng)洞內(nèi)風(fēng)速變化與風(fēng)機電流頻率變化的跟隨性要求的基礎(chǔ)上,以正弦風(fēng)為基元,實現(xiàn)了風(fēng)洞內(nèi)正弦型非定常風(fēng)和拍頻波形非定常風(fēng)的可控生成。最后,基于風(fēng)速標(biāo)定曲線,將野外陣風(fēng)濾波、擬合后的一系列正弦風(fēng)速曲線轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流頻率曲線輸入到組態(tài)王軟件中,經(jīng)由PLC通信,通過變頻器控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速按... 

【文章來源】：西北大學(xué)陜西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

塔克拉瑪干沙漠南緣風(fēng)速梯度觀測照片

西北大學(xué)碩士學(xué)位論文12圖2-2野外陣風(fēng)觀測數(shù)據(jù)（塔克拉瑪干沙漠南緣近地表高度為30cm處）2.2野外陣風(fēng)的頻譜分析2.2.1傅里葉變換原理簡介陣風(fēng)信號在時域上具有無序性及不穩(wěn)定的特點，很難從時域分析野外陣風(fēng)的特點，通常需要進(jìn)行頻譜分析。傅里葉變換是信號分析中常用的分析方法[52]，通過傅里葉變換可以將數(shù)據(jù)的時域信息轉(zhuǎn)化為頻域信息，觀察數(shù)據(jù)的頻譜可以得出在時域觀察不到的現(xiàn)象。傅里葉分析首次出現(xiàn)于1807年法國科學(xué)家傅里葉的一篇關(guān)于熱傳導(dǎo)的論文，自此以后，傅里葉分析廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、工程等多種領(lǐng)域并取得了許多突破性的成果[53,54]。離散傅里葉變化為傅里葉分析應(yīng)用于離散數(shù)據(jù)處理而發(fā)展的一種方法[55]。野外陣風(fēng)數(shù)據(jù)是通過風(fēng)速計以1Hz的采樣頻率在野外中測量得到的，屬于離散數(shù)據(jù)，對野外陣風(fēng)的風(fēng)速時序進(jìn)行離散傅里葉變換可以獲得陣風(fēng)能量在頻域上的分布，從而確定野外陣風(fēng)的主要含能頻率區(qū)間。2.2.2野外陣風(fēng)頻譜分析式（2-1）為離散傅里葉變換的計算公式，應(yīng)用式（2-1）對野外陣風(fēng)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里葉變換，得到陣風(fēng)風(fēng)速數(shù)據(jù)的頻域分布。120()(),(0,1,2,...,1)NjknNnXkxnekN（2-1）

第二章野外陣風(fēng)的能譜分析13式中，x(n)代表測量得到的第n個風(fēng)速數(shù)據(jù)，N為風(fēng)速數(shù)據(jù)序列的長度，X(k)表示離散傅里葉變換后第k次諧波分量的系數(shù)。功率譜密度函數(shù)是指每個頻率分量的能量占總能量的比例，通過計算野外陣風(fēng)的功率譜密度函數(shù)可以獲得陣風(fēng)中各個頻率分量的占比情況，從而確定野外陣風(fēng)的能量分布情況。式（2-2）為功率譜密度函數(shù)分布函數(shù)的計算公式，式（2-3）為野外陣風(fēng)頻率的計算公式。（2-2）式中，為傅里葉變換后第k次諧波的幅值，P(k)為相應(yīng)的功率譜密度sffkN（2-3）式中，sf為采樣頻率，f為野外陣風(fēng)的頻率。將陣風(fēng)數(shù)據(jù)使用式(2-1)進(jìn)行離散傅里葉變換后得到的結(jié)果代入式(2-2)中即可得到風(fēng)速數(shù)據(jù)的功率譜。圖2-3為野外陣風(fēng)功率譜的半對數(shù)圖，其中橫軸為頻率，采用普通算數(shù)坐標(biāo)；縱軸為功率譜密度，采用對數(shù)坐標(biāo)。圖2-3野外陣風(fēng)風(fēng)速數(shù)據(jù)的功率譜從野外陣風(fēng)的能譜上可以看出，野外陣風(fēng)的能量大部分都集中于低頻區(qū)域內(nèi)，隨著頻率的增加，頻率分量所占的能量越來越校為了進(jìn)一步量化自然陣風(fēng)數(shù)據(jù)的能量分布情況，根據(jù)式（2-4）可以計算得到相對能量累加百分比，P(i)為第i次諧波分量的功率譜密度，S(k)為從第0次諧波累加至第k次諧波分量能量之和占總能量的百分比。圖2-4為累積能量占比分布圖。X(k)()=|()|2

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[5]電機故障診斷及小波基函數(shù)的選擇[D]. 鄢玉.太原理工大學(xué) 2006
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本文編號：3482097