Introduzione
Nel contesto delle simulazioni numeriche del vento e della validazione dei modelli, l'affidabilità dei risultati calcolati deve essere dimostrata attraverso un confronto sistematico con i dati di riferimento. La sezione 5.3.2 del WTG-Merkblatt introduce un metodo quantitativo a tale scopo utilizzando l'approccio del tasso di successo. Questo metodo fornisce una valutazione binaria per ogni punto dati verificando se la deviazione tra il risultato della simulazione e il valore di riferimento rientra in una tolleranza assoluta o relativa definita. Il tasso di successo q viene quindi calcolato come il rapporto tra i punti validati con successo e il numero totale di punti considerati. Questo approccio consente una valutazione oggettiva e riproducibile della qualità della simulazione, specialmente per quantità distribuite nello spazio come le pressioni superficiali o i coefficienti di forza.
Definizione del Tasso di Successo
Basato sulla Sezione 5.3 del WTG, nel campo della teoria dell'affidabilità, la probabilità di insuccesso viene spesso determinata utilizzando una funzione di confidenza che riconosce solo i valori 0 e 1. Analogamente, nel VDI 3783-9, un tasso di successo q è definito per i modelli predittivi, basato sul numero di valori dei risultati "correttamente" calcolati Pi in confronto con i valori di riferimento sufficientemente significativi Oi come definito di seguito:
|
N |
Numero totale dei punti dati |
|
ni |
Funzione indicatore (1 se la previsione è "corretta", 0 altrimenti) |
|
Pi |
Valore predetto |
|
Oi |
Valore di riferimento o misurato |
|
Wrel |
Deviazione relativa consentita |
|
W |
Deviazione assoluta consentita |
La Tabella 1 (come la Tabella 5.1 nel WTG-Merkblatt M3) definisce i criteri di riferimento per la convalida dei risultati del coefficiente di pressione nelle simulazioni CFD. Stabilisce le deviazioni massime consentite (10–20%) e richiede un tasso di successo superiore al 90% per i valori medi, RMS e estremi. Questi limiti aiutano a garantire che i dati della simulazione corrispondano strettamente ai valori di riferimento e supportano una valutazione costante della qualità.
Tabella 1: Criteri di Valutazione Esemplificativi per Coefficienti di Forza e Pressione
| Valore Considerato | Deviazione Massima (W) | Tasso di Successo (q) |
|---|---|---|
| Valore Medio del Coefficiente di Pressione | 10% | >90% |
| Valore RMS del Coefficiente di Pressione | 20% | >90% |
| Valore Estremo del Coefficiente di Pressione Non Stazionaria | 20% | >90% |
Esempio: Valutazione di 12 Punti di Misura su una Superficie
Consideriamo 12 valori di riferimento misurati Oi e i corrispondenti valori di simulazione Pi. Abbiamo utilizzato la tolleranza di deviazione relativa di W=10% per l'uso dei valori medi.
Tabella 1: Valutazione del Tasso di Successo per il Valore Medio di 12 Punti di Misura
| Punto (i) | Valore di Riferimento (Oi) | Valore Simulato (Pi) | Deviazione Relativa Wrel % | Tasso di successo (1 = Sì, 0 = No) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 0.72 | 0.75 | 4.17 | 1 |
| 2 | 0.68 | 0.70 | 2.94 | 1 |
| 3 | 0.81 | 0.85 | 4.94 | 1 |
| 4 | 0.77 | 0.73 | 5.19 | 1 |
| 5 | 0.66 | 0.69 | 4.55 | 1 |
| 6 | 0.74 | 0.71 | 4.05 | 1 |
| 7 | 0.85 | 0.80 | 5.88 | 1 |
| 8 | 0.70 | 0.66 | 5.71 | 1 |
| 9 | 0.81 | 0.88 | 8.64 | 1 |
| 10 | 0.76 | 0.69 | 9.21 | 1 |
| 11 | 0.82 | 0.75 | 8.54 | 1 |
| 12 | 0.69 | 0.80 | 15.94 | 0 |
Tasso di Successo: q=11/12≈91.7%
Soddisfa il requisito minimo (>90%) per la convalida dei valori medi. Solo il punto 12 supera la tolleranza (10%).
Conclusione
Il metodo del tasso di successo offre un modo semplice e trasparente per valutare la qualità dei risultati delle simulazioni quantificando quanti valori rientrano nelle deviazioni accettabili dai dati di riferimento. È particolarmente utile per la convalida dei coefficienti di pressione e forza nelle simulazioni del vento o negli studi aerodinamici. Tuttavia, la selezione di soglie appropriate e la segmentazione dei dati (ad esempio, per regioni o direzione del flusso dominante) giocano un ruolo cruciale in una valutazione significativa.