[发明专利]一种用于海上风机设计的双峰波浪谱计算方法

权利要求书

1.一种用于海上风机设计的双峰波浪谱计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、实测波浪数据的筛选；依据波面高度标准、跨零周期标准、波面变化率标准、频谱特征标准，对实测波浪数据进行筛选，同时满足这四个标准的数据段被认定为有效数据段；

S2、通过Welch法对所有有效数据段进行谱估计得到样本谱，从样本谱中筛选出双峰谱；

S3、对步骤S2的双峰样本谱进行无因次化处理后并取平均，得到该测站双峰谱的无因次平均谱；

S4、通过双JONSWAP组合，计算适合不同海域的混合浪双峰谱。

2.如权利要求1所述的一种用于海上风机设计的双峰波浪谱计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，波面高度标准为：在每个数据段内，首先对波面数据进行零均值化处理，然后计算处理后的波面数据的均方根，若这个数据段的任一时刻点的波面值大于均方根的4倍，则此点定为坏点，反之则为有效点；若一个数据段中坏点所占比例超过10％，则标记该数据段为不可用，反之则标记该数据段可用。

3.如权利要求2所述的一种用于海上风机设计的双峰波浪谱计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，跨零周期标准为：若一个数据段中存在波浪跨零周期大于25s，则标记该数据段不可用，反之则标记该数据段可用。

4.如权利要求3所述的一种用于海上风机设计的双峰波浪谱计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，波面变化率标准为：若波面瞬时变化率大于波面最大变化率，则此点定为坏点，反之则为有效点；在每个数据段内，若坏点数大于跨零点数的15％，则标记数据段为不可用，反之则标记该数据段可用。

5.如权利要求4所述的一种用于海上风机设计的双峰波浪谱计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，频谱特征标准为：在每个数据段内，若零频率的谱值S(0⁺)与谱峰值S(f_p)满足S(0⁺)/S(f_p)≤0.2，说明该数据段可用；若零频率的谱值S(0⁺)与谱峰值S(f_p)达到S(0⁺)/S(f_p)0.2，说明该数据段有误，应标记该数据段不可用。

6.如权利要求5所述的一种用于海上风机设计的双峰波浪谱计算方法，其特征在于，所述步骤S2中，双峰谱的判别标准为同时满足以下条件：

(1)风浪为主，即高频谱峰值大于低频谱峰值；

(2)高、低频谱峰值分别对应的高、低频之间的间隔大于0.05Hz；

(3)上述高、低频谱中谱峰值大的为主峰，谱峰值小的为次峰，则次峰的谱峰值需达到主峰谱峰值的30％及以上；

(4)上述主、次峰之间有一谷值，该谷值需小于次峰谱峰值的2/3。

7.如权利要求6所述的一种用于海上风机设计的双峰波浪谱计算方法，其特征在于，所述步骤S4中，混合浪双峰谱的计算公式为：

S(μ)＝S₁(μ)+S₂(μ)

是无因次频率，f是频率，单位是Hz,f_p是谱峰频率，单位是Hz，S₁(μ)、S₂(μ)分别代表低频分谱与高频分谱；

采用双JONSWAP谱描述混合浪的双峰谱时，则具体公式为

1、无因次形式：

其中f_p1表示低频分谱的谱峰频率，f_p2是高频分谱的谱峰频率；

m₀₁+m₀₂＝1，其中表示实测所得的双峰谱的无因次平均谱；

γ_i是谱峰升高因子，其中i＝1、2；

是无因次频率，f是频率，单位是Hz，f_p是谱峰频率，单位是Hz；

2、有因次形式：

其中，α值表示步骤S2筛选出的实测双峰谱的谱面积m₀与对应数据段的有效波高H_1/3的关系，由m₀与H_1/3的线性回归分析得出；

是谱峰周期；

其中f_p1表示低频分谱的谱峰频率，f_p2是高频分谱的谱峰频率；

γ_i是谱峰升高因子，其中，

m₀₁+m₀₂＝1，表示实测所得的双峰谱的无因次平均谱；

其中，f是频率，单位是Hz，f_p是谱峰频率，单位是Hz。