地震大装置水下振动台流场均匀性控制研究

摘要

水下振动台是开展土木工程、海洋工程及地震工程等多学科交叉科研的重要试验设施，其核心价值在于可在水下环境中复拟地震工况，为结构与水耦合动力响应提供真实、可重复的实验场景．试验区大型流场的精准、稳定及均匀性控制是开展高质量试验研究的先决条件，直接影响着装置的适用范围以及试验结果的可靠性．针对试验区大型流场调试过程中多变量相互影响与调优周期长的问题，以国家大型地震工程模拟研究设施水下振动台大型流场环境为研究对象，以流场均匀性为优化目标，选取通道的入口流量和导流格栅的封堵布局为控制参数，基于高保真计算流体动力学(CFD)数值模拟和集合卡尔曼滤波算法，快速确定多变量参数取值，提出分步调优的控制策略，实现流场的均匀性控制．该策略将纵向流动和横向流动做解耦，首先调整格栅布局逐步逼近最优封堵组合，从而避免纵向局部流速过大形成流动集中或流速过小产生回流；其次，通过优化算法调整横向各通道之间的相互影响，进一步实现横向的流动均衡，避免多变量同时扰动造成的耦合震荡．仿真结果表明：应用分步调优控制策略，可以快速得到期望的目标流场，显著提升调优效率，为多控制参数条件下大型流场的方案设计和控制调优提供了新方法，也可推广至其他具有相似需求的大型流控设施．

关键词

集合卡尔曼滤波算法 / 多变量优化 / 流场均匀性