Toto FAQ nejprve poskytuje přehled o rozdílu mezi ověřením a pak se zabývá klíčovým aspektem zajištění kvality v CFD: ověřením řešení. Je to zásadní krok k zajištění přesnosti a spolehlivosti CFD výpočtů. Níže vysvětlíme klíčové aspekty ověřování řešení v CFD na základě WTG Merkblatt M3 „Numerische Simulation von Windströmungen“ a poskytneme praktické rady pro vaši práci.
A. Validace vs. Ověření
Nejprve je důležité rozlišovat mezi validací a ověřením. Validace ukazuje, že jsou řešeny správné rovnice, což znamená, že simulace řeší daný úkol dostatečně přesně s vybraným modelem. Pro aplikace CFD je nutné rozlišovat mezi "ověřením programu" a "ověřením řešení". Ověření programu je určeno k prokázání, že softwarový program počítá správně v rámci svých podmínek a řeší rovnice správně. Přezkum výpočtu, tj. ověření řešení, má zajistit, že výpočet je vnitřně konzistentní, což znamená, že bylo dosaženo stabilního řešení, kde se očekávané efekty vyskytují a již významně nezávisí na použitém modelu. Zatímco ověření programu provádí výrobce softwaru, ověření řešení vždy provádí uživatel.
B. Proč je ověření řešení tak důležité?
- CFD modely jsou vždy přibližné verze reality. Zahrnují zjednodušení a předpoklady, které mohou vést k odchylkám.
- Podkladové matematické rovnice nejsou často přesně řešitelné a vyžadují numerické metody.
- Odpovědnost za kvalitu výsledků leží na uživateli. Uživatel musí zajistit, že pro konkrétní úkol je použit správný model.
Na rozdíl od ověření řešení je ověření programu prováděno a dokumentováno výrobcem softwaru, jako je Dlubal Software GmbH. K tomu odkazujeme na naše rozsáhlé ověřovací příklady, články v databázi znalostí a FAQ na RWIND.
C. Konkrétní kroky a kontrolní seznam pro ověření řešení
WTG Merkblatt M3 „Numerische Simulation von Windströmungen“ poskytuje konkrétní kontrolní seznam pro ověření řešení v sekci 5.2:
Modelování
- Jsou požadované efekty zastoupeny vybraným modelem?
- Byla použita správná měřítka?
- Je studovaná oblast vybrána dostatečně velká? (viz 4.1.3)
- Je poměr blokád dostatečně nízký? (viz 4.1.3)
- Byly správně formulovány okrajové podmínky?
- Jsou vstupní hodnoty dostatečně popsány (šířka pásma, variabilita)?
Kvalita sítě
- Je mřížka dostatečně jemná v kritických bodech?
- Je znám vliv mřížky na řešení?
- Pracuje mřížka stejně dobře pro různé směry proudění?
Numerické parametry
- Byla dosažena konvergence požadovaných cílových hodnot?
- Je časové rozlišení dostatečně jemné pro očekávané jevy?
Plausibilita
- Probíhá proudění ve správném směru?
- Jsou oddělovací body proudění věrohodné?
- Jsou tlakové a sací koeficienty věrohodné?
- Jsou výkyvy rychlostí větru věrohodné?
- Je rozložení turbulence vhodné?
Tento seznam poskytuje minimální kritéria pro ověřování různých aspektů CFD řešení a může být individuálně rozšířen.
D. Shrnutí a výhled
Ověření řešení je důležitým aspektem CFD na straně uživatele k zajištění spolehlivosti a přesnosti simulací. Díky systematickému hodnocení modelování, kvality sítě, numerických parametrů a plausibility mohou inženýři ověřit a potvrdit, že implementované simulace poskytují realistické a důvěryhodné výsledky. Úsilí vynaložené na ověření je do značné míry určeno složitostí modelu, která by měla být odůvodněna požadavky vyšetřovaného problému. Zvláštní pozornost musí být věnována nezbytné péči při provádění ověření řešení, protože to vyžaduje vyvážený vztah mezi úsilím a hloubkou zkoumání.
Zdroje
- Windtechnologische Gesellschaft WTG e.V. (2023). WTG-Merkblatt M1 – Wind Tunnel Experiments in Building Aerodynamics. Aachen: WTG.
- Windtechnologische Gesellschaft WTG e.V. (2023). WTG-Merkblatt M3 – Numerical Simulation of Wind Flows. Aachen: WTG.
- VDI e.V. (2015). VDI Guideline 6201 – Software-Supported Structural Analysis. Düsseldorf: VDI.