Cette FAQ fournit d’abord un aperçu de la différence entre la vérification et la validation, puis aborde un aspect crucial de l’assurance qualité en CFD : la vérification de la solution. C’est une étape essentielle pour assurer la précision et la fiabilité des calculs CFD. Ci-après, nous expliquerons les aspects clés de la vérification de la solution en CFD sur la base de la fiche technique WTG M3 « Simulation numérique des flux de vent » et fournirons des conseils pratiques pour votre travail.
A. Validation vs. vérification
Tout d’abord, il est important de faire la différence entre validation et vérification. La validation montre que les équations correctes sont résolues, ce qui signifie que la simulation résout la tâche donnée avec précision sur le modèle choisi. Pour les applications CFD, la « vérification du programme » et la « vérification de la solution » doivent être distingues. La vérification du programme vise à prouver qu’un logiciel calcule et résout les équations correctement. La vérification du calcul, c’est-à-dire la vérification de la solution, vise à assurer la cohérence interne du calcul, c’est-à-dire qu'une solution stable a été atteinte où les effets attendus se produisent et ne dépendent plus de manière significative du modèle utilisé. Tandis que la vérification du programme est effectuée par l’éditeur du logiciel, la vérification de la solution est toujours réalisée par l’utilisateur.
B. Pourquoi la vérification de la solution est-elle si importante ?
- Les modèles CFD sont toujours des approximations de la réalité. Ils impliquent des simplifications et des hypothèses pouvant entraîner des écarts.
- Les équations mathématiques sous-jacentes ne sont souvent pas exactement solubles et nécessitent des méthodes numériques.
- L’utilisateur est responsable de la qualité des résultats et doit s'assurer que le modèle adéquat est utilisé pour la tâche spécifique.
Contrairement à la vérification de la solution, la vérification du logiciel est effectuée et documentée par l’éditeur du logiciel, tel que Dlubal Software. Pour cela, nous nous référons à nos nombreux exemples de vérification, articles techniques et FAQs sur RWIND.
C. Étapes concrètes et checklist pour la vérification de la solution
La clause 5.2 de la fiche technique de simulation numérique des flux de vent WTG M3 fournit une checklist concrète pour la vérification de la solution :
Modélisation
- Les effets souhaités sont-ils représentés par le modèle choisi ?
- L’échelle utilisée est-elle adéquate ?
- La zone d’étude choisie est-elle suffisamment grande ? (voir 4.1.3)
- Le ratio de blocage est-il suffisamment faible ? (voir 4.1.3)
- Les conditions aux limites ont-elles été correctement formulées ?
- Les valeurs d’entrée sont-elles suffisamment décrites (largeur de bande, variabilité) ?
Qualité du maillage
- La grille est-elle suffisamment fine aux points critiques ?
- L’influence de la grille sur la solution est-elle connue ?
- La grille fonctionne-t-elle également bien pour différentes directions d’écoulement ?
Paramètres numériques
- La convergence des valeurs cibles souhaitées a-t-elle été atteinte ?
- La résolution temporelle est-elle suffisamment fine pour les phénomènes attendus ?
Plausibilité
- L’écoulement se produit-il dans la bonne direction ?
- Les points de séparation de l’écoulement sont-ils plausibles ?
- Les coefficients de pression et de succion sont-ils plausibles ?
- Les fluctuations des vitesses de vent sont-elles plausibles ?
- La distribution des paramètres de turbulence est-elle appropriée ?
Cette liste fournit les critères minimums pour vérifier les différents aspects d’une solution CFD et peut être étendue individuellement.
D. Résumé et perspectives
Pour l’utilisateur, la vérification de la solution est un aspect important de la CFD, afin de garantir la fiabilité et l’exactitude des simulations. L’évaluation systématique de la modélisation, de la qualité du maillage, des paramètres numériques et de la plausibilité permet aux ingénieurs de vérifier et de confirmer que les simulations mises en œuvre fournissent des résultats réalistes et fiables. L’effort de vérification est largement déterminé par la complexité du modèle, qui doit être justifiée par les exigences du problème d’étude. La réalisation de la vérification de la solution doit être particulièrement minutieuse : elle nécessite un équilibre entre l’étendue de l’investigation et l’effort mobilisé.
Sources
- Windtechnologische Gesellschaft WTG e.V. (2023). WTG-Merkblatt M1 – Expériences en soufflerie en aérodynamique des bâtiments. Aix-la-Chapelle : WTG.
- Windtechnologische Gesellschaft WTG e.V. (2023). WTG-Merkblatt M3 – Simulation numérique des flux de vent. Aix-la-Chapelle : WTG.
- VDI e.V. (2015). Directive VDI 6201 – Analyse structurale assistée par logiciel. Düsseldorf : VDI.