用于湍流模型不确定性估计的物理约束特征空间扰动
摘要
航空航天设计正日益采用基于不确定性下的设计（Design Under Uncertainty）方法，以得到更稳健可靠的最优设计。这些方法的成功依赖于对仿真中不确定性的可靠估计。在湍流的计算流体力学（CFD）仿真中，预测不确定性的主要来源是雷诺平均纳维-斯托克斯（Reynolds-averaged Navier-Stokes）模型的结构性局限，称为模型形式不确定性。目前，估计湍流模型形式不确定性的常用方法是特征空间扰动框架（Eigenspace Perturbation Framework, EPF），该框架在物理极限内对建模的雷诺应力张量进行扰动。EPF 已在工业界和学术界众多先前工作的设计与分析任务中成功应用。由于其在多个商业和开源 CFD 求解器中迅速成功并被采用，对 EPF 进行深入的验证与确认（Verification and Validation）至关重要。本文中，我们表明在某些条件下，EPF 中的扰动会导致物理上不可实现的雷诺应力动力学。该分析使我们提出一组必要的基于物理的约束，从而得到可实现的特征空间扰动框架。我们将此约束化流程应用于收敛-扩张通道的示例性测试用例，并证明这些约束限制了雷诺应力张量中物理上不合理的动力学，同时提升了不确定性估计流程的精度与稳定性。
引用
@article{arxiv.2311.01355,
title = {Physically constrained eigenspace perturbation for turbulence model uncertainty estimation},
author = {Marcel Matha and Christian Morsbach},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.01355},
year = {2024}
}
备注
This article may be downloaded for personal use only. Any other use requires prior permission of the author and AIP Publishing. This article appeared in Physics of Fluids (Vol.36, Issue 2) and may be found at this URL https://pubs.aip.org/aip/pof/article/36/2/025153/3267202/Physically-constrained-eigenspace-perturbation-for?searchresult=1