基準(zhǔn)流場(chǎng)的設(shè)計(jì)評(píng)估與測(cè)量不確定度分析.pdf

1、不同于宏觀水動(dòng)力量的驗(yàn)證與比對(duì)，作為場(chǎng)域分布量的流場(chǎng)特性是以時(shí)空變化的速度矢量來(lái)表征的，這給了解流場(chǎng)、測(cè)量流場(chǎng)、控制與利用流動(dòng)帶來(lái)了更加細(xì)化復(fù)雜的要求。隨著以PIV為代表的現(xiàn)代流場(chǎng)測(cè)試技術(shù)與CFD數(shù)值模擬方法的迅速發(fā)展，使得當(dāng)今船舶與海洋工程水動(dòng)力學(xué)研究更加關(guān)注流場(chǎng)信息的獲取。為從基礎(chǔ)的層面，提供流場(chǎng)評(píng)估預(yù)報(bào)手段的標(biāo)尺，基準(zhǔn)流場(chǎng)及其“標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)”的研究成為了近年來(lái)國(guó)際水動(dòng)力學(xué)界的前沿基礎(chǔ)研究熱點(diǎn)。
　　流場(chǎng)與流動(dòng)是有千差萬(wàn)別的，基準(zhǔn)

2、流場(chǎng)應(yīng)結(jié)合不同水動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的關(guān)注，而專門(mén)設(shè)計(jì)實(shí)施。2008年以來(lái)，ITTC(International Towing TankConference，國(guó)際拖曳水池大會(huì))和HTA（Hydro-Testing Alliance，（歐洲）水動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)聯(lián)盟）前后啟動(dòng)了船舶與海洋工程水動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的基準(zhǔn)流場(chǎng)研究工作，分別初步提出了兩維和三維基準(zhǔn)流場(chǎng)的設(shè)計(jì)方案。國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究工作，仍處于空白。
　　論文選擇這一國(guó)際船舶與海洋工程水動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域前沿基

3、礎(chǔ)性課題方向，開(kāi)展了較系統(tǒng)的獨(dú)立研究工作。首先，論文引入成熟CFD工具，系統(tǒng)細(xì)化拓展了ITTC兩維基準(zhǔn)流場(chǎng)的設(shè)計(jì)方案，量化預(yù)評(píng)估了設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)流動(dòng)特性的影響規(guī)律，形成了兩維基準(zhǔn)流場(chǎng)的設(shè)計(jì)與PIV流場(chǎng)測(cè)量方案;其次，作為參與ITTC精細(xì)流場(chǎng)測(cè)試專家委員會(huì)在研工作的一部分，在國(guó)內(nèi)外首次實(shí)施了兩維基準(zhǔn)流場(chǎng)的PIV測(cè)試試驗(yàn)，評(píng)估了試驗(yàn)要素對(duì)流場(chǎng)品質(zhì)的量化影響，并與CFD預(yù)評(píng)估進(jìn)行分析比對(duì);第三，學(xué)習(xí)實(shí)踐了PIV流場(chǎng)測(cè)量不確定度分析ITTC推薦規(guī)程

4、，并針對(duì)流場(chǎng)的空間不均勻特性，創(chuàng)新嘗試進(jìn)行了測(cè)量流場(chǎng)局部不確定度分析研究，獲得了首批具有量化測(cè)量不確定度量值的兩維基準(zhǔn)流場(chǎng)基準(zhǔn)檢驗(yàn)數(shù)據(jù);最后，基于同樣的研究思路，對(duì)HTA提出的三維基準(zhǔn)流場(chǎng)初步設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了CFD預(yù)評(píng)估，并結(jié)合HTA提供的三家試驗(yàn)機(jī)構(gòu)的PIV測(cè)試結(jié)果的綜合分析，給出了三維基準(zhǔn)流場(chǎng)設(shè)計(jì)與PIV測(cè)量的修正方案。
　　基準(zhǔn)流場(chǎng)的設(shè)計(jì)評(píng)估及其測(cè)量不確定度分析，是一項(xiàng)國(guó)內(nèi)尚屬空白的前沿基礎(chǔ)性工作，涉及并有助于流場(chǎng)測(cè)試技術(shù)與

5、CFD數(shù)值模擬技術(shù)。論文比較完整地實(shí)現(xiàn)了兩維基準(zhǔn)流場(chǎng)的設(shè)計(jì)、PIV流場(chǎng)測(cè)試及其測(cè)量結(jié)果的不確定度分析，獲得了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基準(zhǔn)檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù);對(duì)三維基準(zhǔn)流場(chǎng)的設(shè)計(jì)方案也已完成，為后續(xù)的試驗(yàn)實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。
　　本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有:
　　(1)基準(zhǔn)流場(chǎng)的方案設(shè)計(jì)，主要是源于研究設(shè)計(jì)者對(duì)流動(dòng)現(xiàn)象經(jīng)驗(yàn)性的認(rèn)識(shí)知識(shí);本文系統(tǒng)地引入成熟CFD手段，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)變化設(shè)計(jì)參數(shù)，針對(duì)方案設(shè)計(jì)要素對(duì)流場(chǎng)特性影響規(guī)律進(jìn)行預(yù)評(píng)估研究，定性與定量

6、地得到了二維和三維基準(zhǔn)流場(chǎng)的合理設(shè)計(jì)方案。
　　(2)為細(xì)化評(píng)價(jià)空間非均勻流場(chǎng)的測(cè)試質(zhì)量，在探索應(yīng)用PIV流場(chǎng)測(cè)量不確定度分析方法的ITTC推薦規(guī)程的基礎(chǔ)上，本文創(chuàng)新開(kāi)展了PIV流場(chǎng)局部測(cè)量不確定度分析方法的研究，綜合評(píng)估了二維基準(zhǔn)流場(chǎng)的測(cè)量結(jié)果，豐富拓展了PIV流場(chǎng)測(cè)量可靠性度量的評(píng)價(jià)方法，對(duì)提高復(fù)雜流場(chǎng)的PIV測(cè)試質(zhì)量有重要的實(shí)用價(jià)值。
　　(3)論文開(kāi)展的二維基準(zhǔn)流場(chǎng)的基準(zhǔn)檢驗(yàn)試驗(yàn)、獲取的具有測(cè)量不確定度分析的結(jié)果數(shù)據(jù)