Verificação da solução no CFD – Por que é importante e quem a realiza?

Esta FAQ primeiro fornece uma visão geral da diferença entre verificação e aborda então um aspecto crucial da garantia de qualidade em CFD: a verificação da solução. É um passo essencial para garantir a precisão e a confiabilidade dos cálculos CFD. Abaixo, explicaremos os principais aspectos da verificação da solução em CFD com base no WTG Merkblatt M3 "Simulação Numérica de Fluxos de Vento" e fornecemos conselhos práticos para o seu trabalho.

A. Validação vs. Verificação

Primeiro, é importante distinguir entre validação e verificação. Validação mostra que as equações corretas são resolvidas, o que significa que a simulação resolve a tarefa dada com precisão suficiente com o modelo escolhido. Para aplicações CFD, deve-se fazer uma distinção entre "verificação do programa" e "verificação da solução". A verificação do programa destina-se a provar que um programa de software calcula corretamente dentro de suas condições, resolvendo as equações corretamente. A revisão do cálculo, ou seja, a verificação da solução, visa garantir que o cálculo seja internamente consistente, o que significa que uma solução estável foi alcançada onde os efeitos esperados ocorrem e não dependem mais significativamente do modelo utilizado. Enquanto a verificação do programa é conduzida pelo fabricante do software, a verificação da solução é sempre realizada pelo usuário.

B. Por que a Verificação da Solução é tão Importante?

1. Os modelos CFD são sempre aproximações da realidade. Eles envolvem simplificações e suposições que podem levar a desvios.
2. As equações matemáticas subjacentes muitas vezes não são exatamente solúveis e requerem métodos numéricos.
3. A responsabilidade pela qualidade dos resultados recai sob o usuário. O usuário deve garantir que o modelo correto seja utilizado para a tarefa específica.

Em contraste com a verificação da solução, a verificação do programa é realizada e documentada pelo fabricante do software, como a Dlubal Software GmbH. Para isso, referimo-nos aos nossos exemplos extensivos de verificação, artigos da base de conhecimento e FAQs no RWIND.

C. Etapas Concretas e Lista de Verificação para Verificação da Solução

O WTG Merkblatt M3 "Simulação Numérica de Fluxos de Vento" fornece uma lista de verificação concreta para a verificação da solução na seção 5.2:

Modelagem

• Os efeitos desejados são representados pelo modelo escolhido?
• A escala correta foi utilizada?
• A área de estudo foi escolhida suficientemente grande? (ver 4.1.3)
• A proporção de bloqueio é suficientemente baixa? (ver 4.1.3)
• As condições de contorno foram corretamente formuladas?
• Os valores de entrada são suficientemente descritos (largura de banda, variabilidade)?

Qualidade da Malha

• A grade é fina o suficiente em pontos críticos?
• A influência da grade na solução é conhecida?
• A grade funciona igualmente bem para diferentes direções de fluxo?

Parâmetros Numéricos

• A convergência dos valores alvo desejados foi alcançada?
• A resolução temporal é fina o suficiente para os fenômenos esperados?

Plausibilidade

• O fluxo ocorre na direção correta?
• Os pontos de separação do fluxo são plausíveis?
• Os coeficientes de pressão e sucção são plausíveis?
• As flutuações nas velocidades do vento são plausíveis?
• A distribuição dos parâmetros de turbulência é apropriada?

Esta lista fornece os critérios mínimos para verificar os vários aspectos de uma solução CFD e pode ser individualmente estendida.

D. Resumo e Perspectivas

A verificação da solução é um aspecto importante do CFD do lado do usuário para garantir a confiabilidade e a precisão das simulações. Através da avaliação sistemática da modelagem, qualidade da malha, parâmetros numéricos e plausibilidade, os engenheiros podem verificar e confirmar que as simulações implementadas fornecem resultados realistas e confiáveis. O esforço de verificação é amplamente determinado pela complexidade do modelo, que deve ser justificado pelos requisitos do problema de investigação. Atenção especial deve ser dada ao cuidado necessário na realização da verificação da solução, pois requer um relacionamento equilibrado entre o esforço e a profundidade da investigação.

Fontes

• Windtechnologische Gesellschaft WTG e.V. (2023). WTG-Merkblatt M1 – Experimentos de Túnel de Vento na Aerodinâmica de Edifícios. Aachen: WTG.
• Windtechnologische Gesellschaft WTG e.V. (2023). WTG-Merkblatt M3 – Simulação Numérica de Fluxos de Vento. Aachen: WTG.
• VDI e.V. (2015). Diretriz VDI 6201 – Análise Estrutural Assistida por Software. Düsseldorf: VDI.