案例描述

• 针对某型单级轴流压气机进行CFD仿真计算和多次试验测量，得到仿真结果和一系列上下波动的试验数据，用户面临如下问题：

    1.根据仿真和试验数据，如何判定压气机实际性能（如增压比）？

• 仿真结果与试验结果有较大差别，应当如何定量评估仿真模型误差精度并

对其进行优化提升？

• 根据要求对超出额定转速的工况进行CFD仿真计算，如何在缺乏试验数据

情况下对其结果精度和误差进行初步评估以指导设计？

仿真模型求解精度验证（Verification）

• 采用Star ccm+软件对压气机性能进行初始仿真计算：

• 调用物理模型精度分析模块对K-Omega、K-Epsilon、S-A三种湍流模型精度进行评估（以增压比π为例），发现K-Omega模型精度最高，选择该模型：

不同湍流模型精度对比分析

• 调用离散误差精度评估模块对三套叶片网格1、2、3（特征尺寸比为1：5：2.25），计算得Mesh2网格离散误差精度为±0.026，符合要求选取Mesh2：

Mesh1、2、3的增压比精度对比

• 调用计算收敛误差精度分析模块对上述仿真结果残差曲线进行评估，得到其精度为±00007，符合要求：

Star ccm+计算收敛后残差曲线

• 综合上述结果可得合成后的仿真模型求解精度为±0266

UQ不确定性量化分析

• 调用SimV&Ver的UQ不确定性量化分析模块，对4个输入参数（转速、级进口总压、进出口背压、进口气流角）不确定性导致的响应量（增压比π）变化结果进行分析，得其上下限为±08：

4个输入参数概率分布形式                             响应量（增压比）概率分布结果

• 根据计算结果可对各输入参数对响应量的敏感度系数进行分析：

输入参数敏感度系数柱状图

仿真与试验结果对比与误差分析（Validation）

• 调用仿真与试验结果对比与误差分析模块，对CFD仿真与试验结果误差进行对比分析
• 根据试验测得增压比累积分布曲线，可得该级压气机压比不低于57的概率为95%，符合设计要求
• 试验与仿真结果的叶片表面静压分布（15个测点）曲线的确认指标（Validation Metrics）为0.9827。

Updating仿真模型精度自动优化模块

• 调用SimV&Ver CFD的Updating模块，根据试验结果采用多目标优化算法（Multi-Optimization）对CFD仿真模型进行精度提升；增压比与试验值相对误差减小；
• 修正后静压分布测点确认指标（Validation Metric）由9827提升至0.9945；

• 采用仿真模型预测功能（Prediction）对110%额定转速下压气机增压比进行误差和精度预测（80%、90%、100%额定转速已经试验确认），得到仿真结果误差预测值为0198±0.0256：

  仿真与试验增压比误差与不确定度拟合曲线