基于实验数据同化的湍流模型常数标定：含滤网蒸汽阀门通流特性数值预测

房培勋，何创新，徐嗣华，王 鹏，刘应征，，*

(1. 上海交通大学 中英国际低碳学院，上海 201306；2. 上海交通大学 机械与动力工程学院 叶轮机械研究所，上海 200240；3. 上海汽轮机有限公司，上海 200240)

0 引 言

蒸汽调节阀是蒸汽动力系统的重要控制部件。通过调整调节阀的开度，可以控制动力系统的蒸汽输入，使系统实现能量平衡。准确掌握蒸汽调节阀通流特性对蒸汽动力系统设计和运行至关重要，既有助于工程设计人员在系统的设计阶段完成阀门选型，优化系统构造，又能方便系统运行控制人员快速、准确地完成动力系统的调节，保证动力系统的稳定高效运行。目前主流的调节阀通流特性研究方法大都采用雷诺时均（Reynolds Averaged Navier-Stokes, RANS）计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）模拟，使用湍流模型封闭方程。然而，湍流模型计算的准确性高度依赖合理的模型常数，而这些常数多由平板边界层、自由剪切流等经典流动标定而来，这显然难以满足调节阀内部复杂流场预测的要求。通常，RANS模型计算只能定性描述阀门通流特性，定量误差则普遍高于10%[1-3]。毫无疑问，选择使用合适的湍流模型常数，对于准确预测调节阀门通流特性非常重要。

采用实验数据驱动的相关算法优化湍流模型常数是常用的优化策略[4]，其中数据同化则是最重要的方法之一。数据同化，是实验观测和模型预测的融合，其三大要素为预测模型、观测数据和同化算法。该方法在模型预测中融入观测数据而改变模型运行轨迹，最终达到优化模型性能、提高预测精度的目的[5]。……