近日，团队博士生王震飞以第一作者完成的两篇论文被叶轮机械研究领域顶尖期刊 Journal of Turbomachinery（JoT）录用，论文题目分别为“Efficient Quantification of Structural Uncertainty in RANS Simulations of a Transonic Axial Compressor using Anisotropic Perturbations”和“Quantifying the Impact of RANS Structural Uncertainty on Particle Transport in Compressors”。两项工作围绕压气机数值预测中湍流模型结构不确定性的量化及其对颗粒输运的影响展开，从跨声速流动可信预测延伸至颗粒环境下的沉积风险评估，为叶轮机械气动设计、可靠性分析与服役寿命预测提供了新的理论依据。这也是博士生王震飞在该期刊连续发表的第3篇论文。

雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方法因计算效率高，仍是压气机气动分析、设计与优化中的重要工具。然而，湍流封闭模型本身存在结构不确定性，在跨声速压气机中会通过激波、边界层和损失等复杂流动结构放大，进而影响数值预测的可信度。如何在保证计算效率的同时，对这类不确定性进行可靠量化，是面向工程应用的关键问题。

针对上述问题，第一篇论文以 NASA Rotor 37 跨声速轴流压气机为对象，发展了基于各向异性扰动的高效 RANS 结构不确定性量化策略。研究表明，非均匀特征值扰动能够有效刻画扰动对激波结构与压气机气动性能的影响；通过引入松弛因子并开展系统敏感性分析，论文给出了兼顾不确定性覆盖、数值收敛和计算效率的参数选取依据。在此基础上，研究将工程应用中所需的代表性扰动路径精简为两类，从而在保持预测稳健性的同时显著降低计算需求，为跨声速压气机的高效不确定性分析、气动设计与优化提供了可实施的技术路线。

图1  跨声速压气机中不同扰动状态下的相对马赫数云图，显示了不确定性对激波结构及下游流动的影响

颗粒吸入会导致压气机叶片沉积、冲蚀及性能衰退，是燃气轮机长期可靠运行面临的重要问题。现有颗粒输运预测通常以 RANS 流场为基础，但载气相流场中的结构不确定性如何传递并影响颗粒行为，长期缺乏系统量化。第二篇论文以 NASA Rotor 67 为对象，在六种物理可实现扰动模式下，系统研究了 RANS 结构不确定性对颗粒沉积和出口分布的影响。

图2  RANS结构不确定性向颗粒输运预测传递的计算框架

研究发现，最具影响力的扰动模式可通过改变湍流动能分布和径向速度，分别调制近壁湍流扩散和颗粒径向迁移。对于直径为 0.25 μm 的颗粒，捕集效率的相对不确定性最高可达 54.5%；同时，出口截面颗粒分布均匀性（变异系数）的相对偏差可达 27.6%。上述结果揭示了 RANS 结构不确定性由载气相向颗粒相传递的物理路径，说明在颗粒沉积风险评估和性能预测中忽略该影响可能引入不可忽视的系统偏差。