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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王柏翔
研究生(外文):Po-ShiungWang
論文名稱:拖航水槽消波裝置改良與船模表面流場可視化之研究
論文名稱(外文):Wave Damping Improvement of a TowingTank and Flow Visualization of ShipModel Surface
指導教授:陳政宏陳政宏引用關係
指導教授(外文):Jeng-Horng Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:系統及船舶機電工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:質點軌跡測速儀消波實驗流場可視化拖航水槽
外文關鍵詞:PTVtowing tankflow visualizationwave damping experiment
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本研究於拖航水槽進行油墨實驗與建立一便宜、容易調整且可行性高之質點軌跡測速儀(PTV)系統,並以量測球型艏之表面週圍流場來測試。同時,在進行流場可視化之前,為了節省本實驗所進行的時間,我們計畫在水槽上裝置及測試簡易的消波裝置來縮短實驗之間隔時間。
本文討論消波裝置之性能,以及油墨、PTV系統之技術及實驗方法,使用自製光學系統、以及質點施放系統,並制定一實驗流程規範,再分別針對實驗所得之不同斷面速度分佈分析流場。
消波實驗結果發現雙層消波繩對速度與波高的降低效果良好,可將兩次實驗時間縮短至10分鐘左右。油墨實驗結果與發現低速拖航之結果不盡完美,但大多數的油墨試驗速度均在1m/s以上,所以目前的技術足以因應一般的船模試驗。PTV實驗結果與油墨、毛線結果大致吻合,但發現HID光源厚度仍稍嫌過厚,往後為更能貼近船殼處量測,我們可使用高功率的連續式雷射,再讓其變為切光頁面使質點接觸後產生高亮點的反射,讓影像中的質點更加清晰,不為背景所影響。

In this project, we use visualization technology and a moving Particle Tracking Velocimetry (PTV) system to measure the flow field near bulbous bow. To save the experiment time, we plan to install a simple wave damping device to shorten during the time interval of experiment in the towing tank.
In this study, we discuss the performance of wave damping device, visualization of ship surface flow field, and the PTV system technology. The mounting and arrangements of all devices were adjustable, such as optical mirror systems, and the particle-seeding device which was fixed in front of the carrier. After trials and errors, a special technique and a standard procedure for conducting experiments are established.
From the wave damping experimental results, we can observe that the damping effect of double lane rope on the speed and wave height is good. It reduced the time interval between two consecutive experiments to about 10 minutes.
From the flow visualization results, we can observe that the result of low towing speed is not very good, but most experiment speeds are above 1m/s. Therefore the current technology is enough for general ship model experiment.
From the PTV results, we observe that the thickness of HID light is still too high. If we want to observe velocity fields around a ship model nearly, we should find the high power the continuous-type laser, with a cylindrical lens to form the light sheet. It can make the particle clear in the image, and the background will not affect the clarity.

摘 要 I
ABSTRACT II
誌 謝 III
目 錄 IV
表 目 錄 VI
圖 目 錄 VII
第一章 緒論1
1.1研究動機1
1.2文獻回顧6
1.3研究目的與架構13
第二章 水槽消波裝置之改良14
2.1消波裝置的裝設與配置14
2.2實驗儀器設備與校正17
2.3實驗條件與流程21
2.4消波實驗結果與討論22
第三章 船模流場可視化-研究方法29
3.1實驗儀器與設備29
3.1.1迴流水槽29
3.1.2拖航水槽30
3.1.3PTV光源及影像紀錄設備32
3.1.4質點施放設備 33
3.1.5船模36
3.1.6光學反射系統 39
3.2實驗方法44
3.2.1流場可視化-油墨實驗44
(a)油墨配方測試及塗抹相關技術44
(b)船殼表面的影響56
(c)實驗條件與流程58
(d)油墨實驗與模擬之比較60
(e)拖航水槽之油墨試驗與HSVA之油墨試驗技術比較64
3.2.2流場可視化-PTV實驗68
(a)實驗條件與流程68
(b)質點軌跡定義方式73
(c)質點速度計算方式與校正73
(d)資料點內插74
(e)邊界層厚度76
(f)不確定性分析76
第四章 可視化實驗結果與趨勢分析81
4.1油墨實驗與毛線實驗比較81
4.2PTV系統、油墨實驗與毛線實驗比較83
4.3實驗方法之應用91
第五章 結論與未來展望92
5.1結論92
5.2未來展望93
參考文獻95
附錄98


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