离心压缩机性能预测中雷诺平均湍流模型的不确定度量化与分析

王同生, 席光, 孙中国, 张晨庆, 李安娜, 黄柱

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (9) : 187 -196.

王同生, 席光, 孙中国, 张晨庆, 李安娜, 黄柱

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摘要

采用雷诺平均Navier-Stokes (RANS)湍流模型预测离心压缩机的气动性能往往与实验测量结果存在显著差异。为量化RANS模型对离心压缩机性能预测的不确定度，通过对可实现且物理约束的雷诺应力张量特征值和特征向量进行扰动，即在质心图内通过非均匀扰动方法将基础流动扰动至湍流的3个极限状态，以获得湍流输运方程生成项的极值，进而量化RANS模型中的L2不确定度。在离心压缩机性能曲线左端的可用工况下，施加扰动后湍流模型预测的总压比和多变效率的置信区间基本覆盖了整个工况范围内的实验结果，不施加扰动时的数值预测和实验结果之间的最大总压比偏差为4.37%和最大多变效率偏差为0.9%。进一步探究了不同扰动对离心叶轮叶片吸力面流动分离发生位置的影响规律，结果显示：雷诺应力张量单组分的特征值扰动对流动分离预测较保守，而单组分特征向量扰动的预测则较激进。RANS模型的不确定度对气动性能边界的预测可进一步用于实验测量数据的交叉验证。