Esta FAQ primero ofrece una visión general de la diferencia entre la verificación y luego aborda un aspecto crucial de la garantía de calidad en CFD: la verificación de soluciones. Es un paso esencial para asegurar la precisión y fiabilidad de los cálculos CFD. A continuación, explicaremos los aspectos clave de la verificación de soluciones en CFD basados en el protocolo WTG M3 "Simulación Numérica de Flujos de Viento" y proporcionaremos consejos prácticos para su trabajo.
A. Validación vs. Verificación
Primero, es importante distinguir entre validación y verificación. La validación muestra que las ecuaciones correctas se están resolviendo, lo que significa que la simulación resuelve la tarea dada con suficiente precisión con el modelo elegido. Para las aplicaciones de CFD, se debe hacer una distinción entre "verificación del programa" y "verificación de la solución". La verificación del programa está destinada a probar que un programa de software calcula correctamente dentro de sus condiciones, resolviendo las ecuaciones correctamente. La revisión del cálculo, es decir, la verificación de la solución, tiene como objetivo asegurar que el cálculo es internamente consistente, es decir, que se ha alcanzado una solución estable donde los efectos esperados ocurren y ya no dependen significativamente del modelo utilizado. Mientras que la verificación del programa la realiza el fabricante del software, la verificación de la solución siempre la realiza el usuario.
B. ¿Por qué es tan Importante la Verificación de la Solución?
- Los modelos CFD son siempre aproximaciones de la realidad. Involucran simplificaciones y suposiciones que pueden llevar a desviaciones.
- Las ecuaciones matemáticas subyacentes a menudo no son exactamente resolubles y requieren métodos numéricos.
- La responsabilidad de la calidad de los resultados recae en el usuario. El usuario debe asegurarse de que se utilice el modelo correcto para la tarea específica.
En contraste con la verificación de la solución, la verificación del programa es llevada a cabo y documentada por el fabricante del software, como Dlubal Software GmbH. Para esto, nos referimos a nuestros amplios ejemplos de verificación, artículos de base de conocimiento, y preguntas frecuentes sobre RWIND.
C. Pasos Concretos y Lista de Verificación para la Verificación de Solución
El protocolo WTG M3 "Simulación Numérica de Flujos de Viento" proporciona una lista de verificación concreta para la verificación de soluciones en la sección 5.2:
Modelado
- ¿Están representados los efectos deseados por el modelo elegido?
- ¿Se ha utilizado la escala correcta?
- ¿Se ha elegido un área de estudio suficientemente grande? (ver 4.1.3)
- ¿Es suficientemente baja la relación de bloqueo? (ver 4.1.3)
- ¿Se han formulado correctamente las condiciones de contorno?
- ¿Están suficientemente descritos los valores de entrada (ancho de banda, variabilidad)?
Calidad de la Malla
- ¿Es lo suficientemente fina la malla en puntos críticos?
- ¿Se conoce la influencia de la malla en la solución?
- ¿La malla funciona igualmente bien para diferentes direcciones de flujo?
Parámetros Numéricos
- ¿Se ha logrado la convergencia de los valores objetivo deseados?
- ¿Es lo suficientemente fina la resolución temporal para los fenómenos esperados?
Plausibilidad
- ¿Ocurre el flujo en la dirección correcta?
- ¿Son plausibles los puntos de separación del flujo?
- ¿Son plausibles los coeficientes de presión y succión?
- ¿Son plausibles las fluctuaciones en las velocidades del viento?
- ¿Es adecuada la distribución de los parámetros de turbulencia?
Esta lista proporciona los criterios mínimos para verificar los diversos aspectos de una solución CFD y puede extenderse individualmente.
D. Resumen y Perspectivas
La verificación de soluciones es un aspecto importante del CFD en el lado del usuario para asegurar la fiabilidad y precisión de las simulaciones. A través de la evaluación sistemática del modelado, la calidad de la malla, los parámetros numéricos y la plausibilidad, los ingenieros pueden verificar y confirmar que las simulaciones implementadas proporcionan resultados realistas y confiables. El esfuerzo de verificación está en gran medida determinado por la complejidad del modelo, que debe ser justificada por los requisitos del problema de investigación. Se debe prestar especial atención al cuidado necesario en la realización de la verificación de soluciones, ya que requiere una relación equilibrada entre el esfuerzo y la profundidad de la investigación.
Fuentes
- Windtechnologische Gesellschaft WTG e.V. (2023). WTG-Merkblatt M1 – Experimentos en Túneles de Viento en Aerodinámica de Edificios. Aachen: WTG.
- Windtechnologische Gesellschaft WTG e.V. (2023). WTG-Merkblatt M3 – Simulación Numérica de Flujos de Viento. Aachen: WTG.
- VDI e.V. (2015). Directriz VDI 6201 – Análisis Estructural Asistido por Software. Düsseldorf: VDI.