基準流場的設計評估與測量不確定度分析.pdf

1、不同于宏觀水動力量的驗證與比對，作為場域分布量的流場特性是以時空變化的速度矢量來表征的，這給了解流場、測量流場、控制與利用流動帶來了更加細化復雜的要求。隨著以PIV為代表的現(xiàn)代流場測試技術與CFD數(shù)值模擬方法的迅速發(fā)展，使得當今船舶與海洋工程水動力學研究更加關注流場信息的獲取。為從基礎的層面，提供流場評估預報手段的標尺，基準流場及其“標準數(shù)據”的研究成為了近年來國際水動力學界的前沿基礎研究熱點。
　　流場與流動是有千差萬別的，基準

2、流場應結合不同水動力學問題的關注，而專門設計實施。2008年以來，ITTC(International Towing TankConference，國際拖曳水池大會)和HTA（Hydro-Testing Alliance，（歐洲）水動力學試驗聯(lián)盟）前后啟動了船舶與海洋工程水動力學領域的基準流場研究工作，分別初步提出了兩維和三維基準流場的設計方案。國內的相關研究工作，仍處于空白。
　　論文選擇這一國際船舶與海洋工程水動力學領域前沿基

3、礎性課題方向，開展了較系統(tǒng)的獨立研究工作。首先，論文引入成熟CFD工具，系統(tǒng)細化拓展了ITTC兩維基準流場的設計方案，量化預評估了設計參數(shù)對流動特性的影響規(guī)律，形成了兩維基準流場的設計與PIV流場測量方案;其次，作為參與ITTC精細流場測試專家委員會在研工作的一部分，在國內外首次實施了兩維基準流場的PIV測試試驗，評估了試驗要素對流場品質的量化影響，并與CFD預評估進行分析比對;第三，學習實踐了PIV流場測量不確定度分析ITTC推薦規(guī)程

4、，并針對流場的空間不均勻特性，創(chuàng)新嘗試進行了測量流場局部不確定度分析研究，獲得了首批具有量化測量不確定度量值的兩維基準流場基準檢驗數(shù)據;最后，基于同樣的研究思路，對HTA提出的三維基準流場初步設計方案，進行了CFD預評估，并結合HTA提供的三家試驗機構的PIV測試結果的綜合分析，給出了三維基準流場設計與PIV測量的修正方案。
　　基準流場的設計評估及其測量不確定度分析，是一項國內尚屬空白的前沿基礎性工作，涉及并有助于流場測試技術與

5、CFD數(shù)值模擬技術。論文比較完整地實現(xiàn)了兩維基準流場的設計、PIV流場測試及其測量結果的不確定度分析，獲得了具有自主知識產權的基準檢驗試驗數(shù)據;對三維基準流場的設計方案也已完成，為后續(xù)的試驗實施奠定了基礎。
　　本文的主要創(chuàng)新點有:
　　(1)基準流場的方案設計，主要是源于研究設計者對流動現(xiàn)象經驗性的認識知識;本文系統(tǒng)地引入成熟CFD手段，結合經驗認識變化設計參數(shù)，針對方案設計要素對流場特性影響規(guī)律進行預評估研究，定性與定量

6、地得到了二維和三維基準流場的合理設計方案。
　　(2)為細化評價空間非均勻流場的測試質量，在探索應用PIV流場測量不確定度分析方法的ITTC推薦規(guī)程的基礎上，本文創(chuàng)新開展了PIV流場局部測量不確定度分析方法的研究，綜合評估了二維基準流場的測量結果，豐富拓展了PIV流場測量可靠性度量的評價方法，對提高復雜流場的PIV測試質量有重要的實用價值。
　　(3)論文開展的二維基準流場的基準檢驗試驗、獲取的具有測量不確定度分析的結果數(shù)據