Wprowadzenie
W kontekście numerycznych symulacji wiatru i walidacji modelu, wiarygodność obliczonych wyników musi być wykazana poprzez systematyczne porównanie z danymi referencyjnymi. Sekcja 5.3.2 wytycznej WTG wprowadza ilościową metodę w tym celu, używając podejścia hit rate. Metoda ta zapewnia binarną ocenę dla każdego punktu danych, sprawdzając, czy odchylenie pomiędzy wynikiem symulacji a wartością referencyjną mieści się w zdefiniowanej tolerancji bezwzględnej lub względnej. Wskaźnik trafień q jest następnie obliczany jako stosunek pomiędzy liczby punktów pomyślnie zweryfikowanych a łączną liczbą rozważanych punktów. Podejście to pozwala na obiektywną i powtarzalną ocenę jakości symulacji, szczególnie dla przestrzennie rozłożonych wielkości takich jak ciśnienia powierzchniowe lub współczynniki siły.
Definicja wskaźnika trafień (Hit Rate)
Na podstawie sekcji 5.3 wytycznej WTG, w dziedzinie teorii niezawodności, prawdopodobieństwo awarii często określa się za pomocą funkcji zaufania, która rozpoznaje jedynie wartości 0 i 1. Analogicznie, w normie VDI 3783-9, wskaźnik trafień q jest zdefiniowany dla modeli predykcyjnych na podstawie liczby "poprawnie" obliczonych wartości wyników Pi w porównaniu z wystarczająco znaczącymi wartościami referencyjnymi Oi, co zdefiniowano poniżej:
|
N |
Całkowita liczba punktów danych |
|
ni |
Funkcja wskaźnika (1, jeśli predykcja jest „poprawna”, 0 - w przeciwnym razie) |
|
Pi |
Przewidywana wartość |
|
Oi |
Wartość odniesienia lub mierzona |
|
Wrel |
Dopuszczalne odchylenie względne |
|
W |
Dopuszczalne odchylenie bezwzględne |
Tabela 1 (odpowiadająca tabeli 5.1 w wytycznej WTG-Merkblatt M3) definiuje kryteria odniesienia do walidacji wyników współczynników ciśnienia w symulacjach CFD. Ustawia maksymalne dopuszczalne odchylenia (10–20%) i wymaga wskaźnika trafień powyżej 90% dla wartości średnich, RMS i ekstremalnych. Te progi pomagają zapewnić, że dane symulacyjne są blisko zgodne z wartościami referencyjnymi i wspierają spójną ocenę jakości.
Tabela 1: Przykładowe kryteria oceny dla współczynników siły i ciśnienia
| Rozważana wartość | Maksymalne odchylenie (W) | Wskaźnik trafień (q) |
|---|---|---|
| Średnia wartość współczynnika ciśnienia | 10% | >90% |
| Wartość RMS współczynnika ciśnienia | 20% | >90% |
| Wartość ekstremalna niestabilnego współczynnika ciśnienia | 20% | >90% |
Przykład: Ocena 12 punktów pomiarowych na powierzchni
Rozważmy 12 zmierzonych wartości referencyjnych Oi oraz odpowiadające wartości symulacji Pi. Użyliśmy tolerancji odchylenia względnego W=10% dla stosowania wartości średnich.
Tabela 1: Ocena wskaźnika trafień dla średniej wartości 12 punktów pomiarowych
| Punkt (i) | Wartość referencyjna (Oi) | Wartość symulowana (Pi) | Względne odchylenie Wrel % | Wskaźnik trafień (1 = Tak, 0 = Nie) |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Wskaźnik trafień: q=11/12≈91.7%
Spełnia minimalne wymagania (>90%) dla walidacji wartości średnich. Tylko punkt 12 przekracza tolerancję (10%).
Wnioski
Metoda wskaźnika trafień oferuje prosty i przejrzysty sposób oceny jakości wyników symulacji poprzez ilościowe określenie, ile wartości mieści się w dopuszczalnych odchyleniach od danych referencyjnych. Jest szczególnie przydatna do walidacji współczynników ciśnienia i siły w symulacjach wiatrowych lub badaniach aerodynamicznych. Jednak odpowiedni dobór progów i segmentacja danych (np. według regionów lub dominującego kierunku przepływu) odgrywają kluczową rolę w zasadniczej ocenie.