Introdução
No contexto de simulações numéricas de vento e validação de modelos, a confiabilidade dos resultados computados deve ser demonstrada através de comparação sistemática com dados de referência. A Seção 5.3.2 do WTG-Merkblatt introduz um método quantitativo para esse propósito usando a abordagem de taxa de acerto. Este método fornece uma avaliação binária para cada ponto de dados, verificando se a desvio entre o resultado da simulação e o valor de referência está dentro de uma tolerância absoluta ou relativa definida. A taxa de acerto q é então calculada como a razão entre os pontos validados com sucesso e o número total de pontos considerados. Esta abordagem permite uma avaliação objetiva e reprodutível da qualidade da simulação, especialmente para quantidades distribuídas espacialmente, como pressões de superfície ou coeficientes de força.
Definição da Taxa de Acerto
Com base na Seção 5.3 do WTG, no campo da teoria da confiabilidade, a probabilidade de falha é frequentemente determinada usando uma função de confiança que reconhece apenas os valores 0 e 1. Analogamente, na VDI 3783-9, uma taxa de acerto q é definida para modelos de previsão, com base no número de valores de resultado "corretamente" calculados Pi em comparação com os valores de referência suficientemente significativos Oi conforme definido abaixo:
|
N |
Número total de pontos de dados |
|
ni |
Função de indicador (1 se previsão for "correta", caso contrário 0) |
|
Pi |
Valor previsto |
|
Oi |
Valor medido ou de referência |
|
Wrel |
Desvio permitido relativo |
|
W |
Desvio absoluto permitido |
A Tabela 1 (como Tabela 5.1 no WTG-Merkblatt M3) define critérios de referência para validar os resultados do coeficiente de pressão em simulações CFD. Define desvios máximos permitidos (10–20%) e exige uma taxa de acerto superior a 90% para valores médios, RMS e extremos. Esses limites ajudam a garantir que os dados da simulação correspondam de perto aos valores de referência e apoiem uma avaliação de qualidade consistente.
Tabela 1: Exemplos de Critérios de Avaliação para Coeficientes de Força e Pressão
| Valor Considerado | Desvio Máximo (W) | Taxa de Acerto (q) |
|---|---|---|
| Valor Médio do Coeficiente de Pressão | 10% | >90% |
| Valor RMS do Coeficiente de Pressão | 20% | >90% |
| Valor Extremo do Coeficiente de Pressão Não Estacionário | 20% | >90% |
Exemplo: Avaliação de 12 Pontos de Medição em uma Superfície
Vamos considerar 12 valores de referência medidos Oi e os valores de simulação correspondentes Pi. Usamos a tolerância de desvio relativa de W=10% para usar valores médios.
Tabela 1: Avaliação da Taxa de Acerto para o Valor Médio de 12 Pontos de Medição
| Ponto (i) | Valor de Referência (Oi) | Valor Simulado (Pi) | Desvio Relativo Wrel % | Taxa de Acerto (1 = Sim, 0 = Não) |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Taxa de Acerto: q=11/12≈91.7%
Atende ao requisito mínimo (>90%) para validação de valores médios. Apenas o Ponto 12 excede a tolerância (10%).
Conclusão
O método de taxa de acerto oferece uma maneira simples e transparente de avaliar a qualidade dos resultados da simulação, quantificando quantos valores estão dentro de desvios aceitáveis dos dados de referência. É particularmente útil para validação de coeficientes de pressão e força em simulações de vento ou estudos aerodinâmicos. No entanto, a seleção de limites apropriados e a segmentação dos dados (por exemplo, por regiões ou direção de fluxo dominante) desempenham um papel crucial na avaliação significativa.