随机和认知不确定性框架下的CFD模型确认度量综述

随着计算机技术迅猛发展,计算流体力学(CFD)数值模拟技术已广泛应用于航空航天、船舶、风力、水利等领域,为装备的复杂流体分析、性能参数评估以及产品气动设计与优化提供重要验证与决策手段。现有的CFD技术都是在确定性的数学模型、物理参数、边界条件下进行数值模拟的。然而,由于物理过程的复杂性及人们的认知偏差,CFD技术中存在着模型参数、数值离散、模型形式等诸多不确定性因素且表征形式各异,给CFD数值模拟的可信度评估带来了极大挑战。文章阐述了CFD技术中面临的不确定性因素,探讨了主流模型确认度量方法的应用条件和适用范围。着重介绍在认知不确定性下的模型确认度量方法,包括几类重要的区间、概率盒下模型确认度量方法。通过NACA0012翼型绕流问题说明了CFD技术中考虑各种不确定性下的模型确认度量方法的有效性。     

基于数值模拟的工程设计中参数不确定性表征方法研究综述

现代工程设计大量使用数值模拟技术，然而数值模拟中仿真模型、几何参数、工作载荷、环境条件等均存在不确定性，这些不确定性直接影响数值模拟结果的可信度，尤其在研发对性能和可靠性要求严苛的装备时，忽略这些不确定性将产生潜在风险，因此在基于数值模拟的工程设计中开展不确定性量化意义重大。不确定性表征既是准确开展不确定性量化和优化设计工作的前提，也是工程精细化设计的重要支撑。本文阐述了基于数值模拟的工程设计中所面临的不确定性因素，根据不确定性因素的表现形式和可用信息，按照概率表征和非概率表征两大类总结了目前主流的参数不确定性表征方法，介绍了各种表征方法的基本思想、主要原理、适用范围以及方法在工程实践中的发展和应用，并简要阐述基于不确定性表征结果进行不确定性传播的基本思路，最后对不确定性表征的研究方向进行了展望。     

面向航空工程的CFD不确定度量化方法研究

真实复杂环境下,气动数值模拟（CFD）结果的可信度问题一直是工程上关注的焦点问题之一。不确定度量化是评估真实环境下,数值模拟结果的可信任程度的重要工具。本文对面向航空工程的CFD不确定度量化方法进行综合论述,聚焦解决工程实用化问题。在方法层面,针对解决不确定度量化中的“维数灾难”问题,发展以Kriging-MC为代表的改进蒙特卡罗（MC）类方法,以及以非介入式多项式混沌（NIPC）为代表的谱方法;在工具层面,提出一种通用性非常强的不确定度量化评估基础平台框架UQ-CFD,提供交互式环境,实现批量不确定性参数生成、试验设计、批量作业组织及自动加载、自动结果后处理等实现不确定度量化过程所需工具的有机集成。基于UQ-CFD平台,可实现涉及操作不确定性、几何不确定性、物理模型参数（建模）不确定性等典型不确定性的评估。采用经典Rosenbrock函数对所建立工具进行了基础方法的对比验证,在此基础上,以平面斜激波、高超声速圆柱问题为例开展了几何不确定性和来流参数不确定性影响的定量评估,表明本文提出的方法是有效的。     

飞机结冰的不确定性量化研究进展

为深入认识影响飞机结冰的不确定性及其研究方法,从自然条件结冰、冰风洞试验、数值模拟等方面,介绍了飞机结冰不确定性来源,以蒙特卡洛法、多项式混沌法和随机配置法等为例,系统分析了各种不确定性量化方法在计算能力、求解精度等方面的优劣。考虑飞机结冰不确定性量化处于起步时期,重点综述了数值模拟中结冰条件不确定性对冰形和气动特性的影响。从结合单步法和多步法确定最佳结冰时间步长来提升结冰计算精度和效率、对其他关键部件进行结冰不确定性量化从而为更精细化的防/除冰系统的设计提供支撑,以及通过建立高精度的代理模型来代替原本复杂的数值模拟系统以应对考虑多个不确定性因素共同作用所带来的计算挑战等多个方面,全面展望不确定性量化方法及其在飞机结冰应用中的发展方向。     

气动优化设计及其对CFD的需求

本文简要介绍了当前气动优化设计发展的情况,并说明了气动优化设计与计算流体力学 (CFD) 的关系,最后指出了气动优化设计对CFD的需求,为CFD的进一步发展提供参考.     

CFD技术在航空工程领域的应用、挑战与发展

计算流体力学(CFD)技术在航空工程领域发挥着重要作用。总结了CFD技术在航空工程领域中的应用,系统阐述了气动设计、气动弹性、气动噪声、数字化飞行等多学科耦合计算领域对CFD技术的需求,结合实际工程应用分析了CFD技术面临的主要挑战。总结了近年来CFD技术在流动分离、边界层转捩、高精度方法和运动网格技术等领域取得的研究成果以及在气动特性评估、流动机理分析、气动设计、气动弹性、气动噪声等工程领域中的应用。进一步展望了CFD数值模拟未来的几个关键技术以及应用前景。     

导风轮轮罩引气对离心式压气机性能影响的数值研究

为了研究扩大离心压气机喘振裕度的实用技术 ,以解决某工程设计中的问题 ,用三维粘性计算流体力学 ( CFD)计算软件对离心压气机导风轮轮罩引气措施进行了数值模拟。该项技术在应用中所涉及的设计参数经过了初步的数值试验。从数值模拟的结果中 ,可以看到该项技术对离心压气机性能改进的明显效果      

计算流体力学在航空叶轮机设计中的应用

计算流体力学(CFD)在航空发动机叶轮机设计和分析中 的重要性日益明显。本文介绍了在叶轮机设计中CFD的意义、叶轮机 CFD发展概况及CFD发展中的几个问题。     

CFD在我国城市风热环境中的研究与应用

城市风热环境研究对于城市可持续发展、居民健康和气候变化适应性都具有重要意义。随着高性能计算能力的不断提升和数值模拟方法的改进,计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）已经广泛应用于城市风热环境预测。本文概括性地总结了城市风热环境实验研究和CFD研究的进展,包括典型的实验研究方法、CFD数值模型、模型验证等,并重点从建筑形态布局、植被、水体以及冷性材料4个方面对CFD应用研究成果进行归纳总结,最后从多季节、多尺度、精细化模拟以及多因素耦合等角度对未来城市风热环境CFD模拟研究进行了展望,并提出了参考建议。     

CFD技术在目标电磁特性计算中的应用

电磁学中麦克斯韦方程组和流体力学中无粘流动欧拉方程一样,都是具有实特征值的双曲型偏微分方程组,相同的数学特性使得计算流体力学(CFD)技术能够在计算电磁学(CEM)中得以应用。采用MUSCL格式结合Steger-Warming分裂计算电磁通量,采用4阶Runge-Kutta法计算非定常时间推进,借鉴CFD方法计算电磁场边界条件;采用时域有限体积法(FVTD)数值模拟宽带脉冲波、完全导电体、含吸波材料涂层介质/金属混合体以及复杂外形目标的电磁散射。结果表明:基于CFD的FVTD方法能够高精度地计算目标的电磁特性。