SimV&Ver CFD流體力學(xué)驗?zāi)＼浖前矐研殴咀灾餮邪l(fā)的用于流體仿真與試驗驗證的軟件。

SimV&Ver CFD軟件的分析流程是：

• 首先明確物理問題和目標(biāo)響應(yīng)量，集成CFD仿真軟件和網(wǎng)格軟件接口，并進行初步CFD仿真設(shè)置和求解；

• 利用SimV&Ver CFD的仿真模型驗證功能模塊，對由物理模型近似帶來的誤差、迭代收斂誤差、時間/空間離散誤差等各項誤差及其精度進行評估和控制；

• 利用SimV&Ver CFD的仿真與試驗結(jié)果對比模塊（CAST），對仿真和試驗結(jié)果的一致性進行分析，定量評估仿真結(jié)果的誤差；如果仿真結(jié)果精度結(jié)果滿足要求，則直接進入虛擬性能樣機庫，否則進入修正模塊；

• 利用DOE實驗設(shè)計和靈敏度分析模塊，對輸入?yún)?shù)生成樣本空間，進行參數(shù)相關(guān)性分析和和靈敏度分析，同時計算仿真輸入?yún)?shù)對仿真輸出結(jié)果影響大小的靈敏度排序圖；

• 當(dāng)單次CFD仿真時間過長時，可以基于樣本點輸入/輸出數(shù)據(jù)建立高精度代理模型，進行高效快速計算，加快驗?zāi)７治觯?/span>

• 修正模塊中，會根據(jù)試驗數(shù)據(jù)采用各種優(yōu)化算法和參數(shù)修正等方法對仿真模型輸入?yún)?shù)、物理模型參數(shù)等進行修正和校準(zhǔn)，得到精度最高的仿真參數(shù)組合并形成仿真模板，最終進入虛擬性能樣機庫；

• UQ不確定性量化模塊中，可考慮輸入?yún)?shù)的概率分布，采用不確定性分析方法得出仿真結(jié)果概率分布和偏差，并確認仿真模型置信區(qū)間；

• 當(dāng)調(diào)用已確認和校準(zhǔn)仿真模型對超出確認域問題進行仿真預(yù)測時,可采用Prediction仿真模型誤差與精度預(yù)測功能對仿真結(jié)果的誤差和置信度進行評估；用戶可根據(jù)評估結(jié)果指導(dǎo)設(shè)計新的確認試驗。

我們可以通過一個案例來具體了解，SimV&Ver CFD的分析過程。

針對某型單級軸流壓氣機進行CFD仿真計算和多次試驗測量，得到仿真結(jié)果和一系列上下波動的試驗數(shù)據(jù)，用戶面臨如下問題：

 

仿真模型求解精度驗證（Verification）

采用Star ccm+軟件對壓氣機性能進行初始仿真計算：

 

調(diào)用物理模型精度分析模塊對K-Omega、K-Epsilon、S-A三種湍流模型精度進行評估（以增壓比π為例），發(fā)現(xiàn)K-Omega模型精度最高，選擇該模型：

調(diào)用離散誤差精度評估模塊對三套葉片網(wǎng)格1、2、3（特征尺寸比為1：1.5：2.25），計算得Mesh2網(wǎng)格離散誤差精度為±0.026，符合要求選取Mesh2：

調(diào)用計算收斂誤差精度分析模塊對上述仿真結(jié)果殘差曲線進行評估，得到其精度為±0.00007，符合要求：

綜合上述結(jié)果可得合成后的仿真模型求解精度為±0.0266

 

UQ不確定性量化分析

• 調(diào)用SimV&Ver的UQ不確定性量化分析模塊，對4個輸入?yún)?shù)（轉(zhuǎn)速、級進口總壓、進出口背壓、進口氣流角）不確定性導(dǎo)致的響應(yīng)量（增壓比π）變化結(jié)果進行分析，得其上下限為±0.08：

• 根據(jù)計算結(jié)果可對各輸入?yún)?shù)對響應(yīng)量的敏感度系數(shù)進行分析：

仿真與試驗結(jié)果對比與誤差分析（Validation）

• 調(diào)用仿真與試驗結(jié)果對比與誤差分析模塊，對CFD仿真與試驗結(jié)果誤差進行對比分析；

  
  

• 根據(jù)試驗測得增壓比累積分布曲線，可得該級壓氣機壓比不低于1.57的概率為95%，符合設(shè)計要求；

• 試驗與仿真結(jié)果的葉片表面靜壓分布（15個測點）曲線的確認指標(biāo)（Validation Metrics）為0.9827。

Updating仿真模型精度自動優(yōu)化模塊

• 調(diào)用SimV&Ver CFD的Updating模塊，根據(jù)試驗結(jié)果采用多目標(biāo)優(yōu)化算法（Multi-Optimization）對CFD仿真模型進行精度提升；增壓比與試驗值相對誤差減小；

  
  

• 修正后靜壓分布測點確認指標(biāo)（Validation Metric）由0.9827提升至0.9945；

• 采用仿真模型預(yù)測功能（Prediction）對110%額定轉(zhuǎn)速下壓氣機增壓比進行誤差和精度預(yù)測（80%、90%、100%額定轉(zhuǎn)速已經(jīng)試驗確認），得到仿真結(jié)果誤差預(yù)測值為0.0198±0.0256：

文章來源：安懷信正向設(shè)計研發(fā)港