CFD不确定度量化方法研究综述

陈 鑫，王 刚，*，叶正寅，吴晓军

(1.西北工业大学 航空学院，西安 710072；2.中国空气动力研究与发展中心 计算空气动力研究所，绵阳 621000)

0 引 言

计算流体力学（CFD）在航空航天领域展现出巨大的发展潜力和工程应用价值，被广泛地应用于飞行器气动布局设计、气动性能评估和复杂流动模拟等方面[1-2]。CFD不确定度量化已经成为当前CFD发展的研究重点与难点。一方面，CFD数值方法中采用的模型及假设会对数值模拟结果产生影响，因此需要发展CFD不确定度量化方法，定量描述预测结果的不确定范围，评估CFD结果的可信度。另一方面，确定性的CFD计算无法考虑飞行器工作环境的随机变化对其性能的影响，不确定度量化方法能够给出关注变量的不确定随机解，从而支撑飞行器外形、结构及飞行控制系统的精细化设计。

不确定性的概念源自验证与确认工作。国外的专家学者很早就开展了CFD不确定度量化研究工作。1998年，美国航空航天协会（AIAA）在CFD验证与确认指南[3]中初步给出不确定性的定义。Oberkampf等[4]对不确定性的基础理论进行了补充和完善。美国机械工程协会（ASME）[5-7]进行了大量验证与确认方面的工作，进一步意识到不确定度量化工作的重要性，制定并完善了验证与确认标准。验证与确认工作的展开是为了检验计算模型是否真实反映物理模型。大多数CFD模拟所采用的数学模型都是确定性的，物性参数、几何模型和边界条件等也都是确定性的，并以寻求确定性解为目标。然而现实的物理环境中存在着大量的不确定性因素，如果研究对象的性能参数对某些不确定性因素较为敏感，采用确定性方法将会带来较大的风险。……