CFD不确定度量化方法研究综述

随着计算流体力学(CFD)算法和软件的不断发展和完善,CFD数值模拟已经在涉及流体力学的各个领域发挥着日益重要的作用.不确定性因素在CFD计算过程中普遍存在,并且会对数值模拟结果造成影响.发展CFD不确定度量化方法,既能满足工程实践中对CFD可信度评估的需求,同时也能够支撑飞行器的精细化设计.本文旨在总结不确定度量化方法及其在CFD领域中的发展与应用.首先介绍CFD计算中的不确定性来源,以及不确定性的表现形式—随机不确定性和认知不确定性.然后按照不确定性的表现形式介绍对应的不确定度量化方法.最后介绍不确定度量化方法在CFD计算中的发展与应用,并且给出进一步开展不确定度量化工作的建议.     

CFD软件-PHOENICS及在燃气涡轮流场计算中的应用

了解不同CFD软件,是选好CFD软件、并经济地解决问题的关键.本文从离散方法、求解过程、湍流模型、两相流处理、结果输出等方面对Phoenics软件作一解读,并给出某燃气轮机内气固两相流动的流场计算和颗粒轨迹计算实例,以Eulerian-Lagrangian方法的成功应用,验证了Phoenics软件较强的适用性.     

低速风洞大迎角实验的不确定度评估技术与工程应用

本文将AGARD-AR-304不确定度评估方法推广到大迎角领域，给出计算低速风洞大（小）迎角实验不确定度的工程方法。相应的计算软件已成功地用于国内主力低速风洞实验的不确定度评估，且首次给出了我国主力低速风洞大（小）迎角实验的不确定度水平。     

材料物理性能测试方法的精密度 准确度和不确定度分析研究 二

3 置信因子ka的确定和实验验证 ka的确定方法虽有不同的主张,但归纳起来可分为t分布数值法和偏峰系数法两类,现分别介绍各自的中心思想和计算方法。 3.1 确定ka的t分布数值法 根据中心极限定律,当不确定度分量数n+m较大,且其中不存在特别大的不确定度分量时,合成不确定度可近似认为渐近正态分布,所以,总不确定度U_α可由式(38)算得。     

基于Richardson插值法的CFD验证和确认方法的研究

针对典型高超声速流动问题(T2-97模型),利用Richardson插值法,研究了多套连续变化网格下数值解的空间离散误差、收敛性。通过网格收敛性研究,完成了CFD的验证过程。利用不确定度分析方法,结合实验数据,开展了该问题的确认。研究表明:针对所选问题,在现有实验数据及计算条件下,该问题的CFD得到了验证与确认。     

基于RVSM运行需求的波纹度影响分析方法

飞机静压源附近蒙皮存在波纹度会影响高度测量，进而影响飞机缩小垂直间隔最低标准（RVSM）运行能力的适航取证，因此需要对其影响量进行评估。针对典型波纹度模型，建立了基于小扰动假设的快速分析方法和CFD数值方法，对波纹度的压力影响进行了研究，结合风洞试验数据对研究方法进行了验证。验证结果表明，发展的数值计算方法可用于波纹度模型的评估分析，经900个测压孔数据统计分析，97.8%的数据点计算压力值与试验值的偏差在±0.002以内，计算精度较高；经三维修正的快速分析方法可以较为准确、快速地获得波纹度表面的压力影响量，可作为相关工程问题的快速评估手段。     

基于面元-黏性涡粒子混合法的风力机风轮气动计算

为了快速准确地预估大型风力机风轮的气动性能,建立了一种基于面元-黏性涡粒子混合(HPVP)法的风力机风轮气动性能计算方法,自主编制了相应的计算程序.以model experiments in controlled conditions(MEXICO)风轮为算例,将计算结果与实验数据、CFD方法进行了比较.结果表明:HPVP法可准确计算主要工作区的叶片压力分布.相比于CFD方法,在流动分离较小时,HPVP法可以快速获得与CFD方法精度相当的结果,但计算时间仅需要CFD方法的千分之一.除能够给出叶片压力分布外,HPVP法还能给出风力机风轮流场的其他流动细节.      

基于代理模型的气动外形优化

探讨了一种将CAD软件、CFD商用软件与代理模型相结合的飞机气动外形优化方法。重点介绍建立气动分析代理模型的过程,这一过程包括确定设计变量及其取值范围、生成试验设计点、建立参数化几何模型、CFD数值计算、提取气动特性和构造代理模型。通过一个简单的机翼气动外形优化算例验证了这种方法的可行性和有效性。     

基于定常N-S方程的导弹滚转数值模拟研究

基于商业CFD软件FLUENT定常N-S方程,在不同计算资源下数值模拟了某标准导弹在不同飞行马赫数、滚转速度和迎角时的滚转特性,并与AEDC报告实验结果进行了对比。计算结果验证了定常算法数值模拟滚转阻尼系数的可行性及其在不同计算资源下计算精度的可优化性,而且定常算法与非定常计算相比消耗更少的计算资源。     

飞机风洞实验数据不确定度估计方法

论述了国际上目前流行的一些实验数据不确定度估计方法，指出它们各自的所长及不足。基于数理统计理论，给出置信水平、概率密度函数等选取应遵循的基本原则。提出了不确定度估计方法，并对随机界限估计中不应考虑误差源随机相关问题，做了简明的数学阐述。应用本文方法对某飞机风洞吹风模型实验所得到的数据进行了不确定度分析，并与其他方法做了比较。结果表明，本文方法简洁明了，且有较高计算精度。     

关于CFD计算结果的不确定度问题

本文研究CFD的准确度和不确定度问题,希望给出一种说法,以此说明CFD的可用性、面临的现状和问题,并进一步研究提高CFD准确度的措施.     

网格拓扑和湍流模型参数对多段翼流动的影响

计算网格和湍流模型是影响CFD结果不确定的重要因素。基于NHLP-2D高升力翼型开展了数值试验对比研究,采用多块分区方法研究了适用于二维复杂构型的网格拓扑结构和网格分布方法,并在尽量排除网格影响因素的情况下,采用均匀设计方法初步分析了SST模型参数在低速多段翼型绕流流场中的影响大小。研究成果在工程应用中具有一定的参考价值。     

大型 CFD 软件自动化测试平台的初步设计与实现

针对大型通用 CFD 软件研制的需求，为了提升 CFD 软件的开发效率，初步设计与开发了一个 CFD 软件自动化测试平台。该平台基于 MySQL 数据库，通过前台界面和远程集群后台管理程序的网络信息交互，实现了自主研发的通用 CFD 软件平台(HyperFLOW)的自动测试及验证与确认。根据需要适当修改前置处理接口，该平台亦可推广应用于其他 CFD 软件的自动测试。本文重点介绍了平台的基本框架和总体设计思路、平台的数据库和前台管理 GUI 设计、网络交互和后台管理等，并利用典型算例对计算结果的验证与确认过程进行了简要介绍，最后对平台构建的后续工作进行了展望。     

假设检验与CFD不确定度量化分析

针对CFD验证与确认中不确定度量化研究,提出了假设检验量化技术,采用了Grubs数据处理技术并具有好的鲁棒性,应用了假设检验原理分析了计算结果,可对CFD计算具指导作用,数值例子也说明了这一点。     

硅谐振压力微传感器开环测试中的信号处理技术

介绍了自行设计的专用开环测试系统。该系统为一个自动测试系统,可测出谐振梁的幅频和相频特性,而且能成功地测出从拾振电阻获得的若干微伏的微弱信号。开环测试中最重要的问题是所谓的同频干扰。发现通过激励电阻与拾振电阻间的分布电容耦合的激励信号是同频干扰的最终来源。用对称激励技术成功地解决了这一问题。     

降落伞的流场特性研究

降落伞的流场特性直接关系到降落伞的气动力性能,一直以来是降落伞研究中的核心问题。本文采用计算流体动力学(CFD)方法对降落伞的流场进行数值模拟。通过采用不同的网格生成方法对降落伞的绕流流场进行研究,表明生成网格质量对流场计算精度有很大的影响。在一系列数值实验的基础上,证明采用多块贴体坐标的网格处理方法能够获得良好的网格质量,同时还具有易于寻找伞衣内外面压力,计算稳定性、可靠性高等优点。在此基础上,采用了七孔探针对降落伞绕流流场进行了测量,实验结果和计算结果吻合较好。     

计数法测量采集速率的不确定度评价

介绍了用标准周期计数法评价线性测量系统采集速率时，测量结果的不确定度分析和评价过程；讨论了影响评价结果不确定度的几个主要来源；给出了减小采集速率评价不确定度的主要措施，通过一组实例，给出了采集速率不确定度分析和评价结果，该过程及结论可应用在对于计量标准进行相应指标的不确定度分析上，也可用于估计采集速率指标本身的不确定度。     

再入体实验模型热化学非平衡绕流流场的数值分析

利用数值求解一个和多个振动温度热化学非平衡Navier-Stokes方程的CFD计算程序,对爆轰风洞球锥试验模型的热化学非平衡绕流流场进行了数值模拟,分析了分子组分振动温度在全流场(头身部流场和底部流场)中的分布规律.研究结果表明:(1)计算的压力、电子数密度以及流场的光辐射数据与试验数据符合较好;(2)在再入体身部,大多数分子的振动温度峰值大大高于平动温度的峰值;在再入体近尾出现振动温度冻结并大大高于平动温度的现象;CO2的两个振动态的振动温度分布非常接近平动温度分布.     

一种基于火箭橇轨道的动基座重力 测量系统评价方法

传统的重力仪精度评价方法为重力仪测量值与静态定点值或飞行状态下的重力线网格参考值进行比较,根据差值或相对异常值来评价重力仪的精度指标,但其缺点是飞行轨迹重复性差.火箭橇轨道是进行火箭橇测试的重要组成部分,它严格按照设计建设,长达数公里,拥有完整已知的地理数据信息,且沿着火箭橇轨道布有众多的绝对重力基准点.提出一种基于火箭橇轨道的重力测量系统评价方法,通过火箭橇轨道上的众多绝对重力基准点和重力仪测量得到的重力值比较,评价重力仪的精度指标性能.其优点是该方法能够连续、快速、可重复评价重力测量系统的精度指标,为重力仪研制提供精确的评价手段和鉴定方法.     

BOTDR光纤应变测试仪计量特性评价

介绍了BOTDR光纤应变测试仪的测试原理,并对仪器的重复性、稳定性和不确定度进行了测量评价,以测量结果验证该仪器技术说明书的计量特性值.