Этот FAQ сначала предоставляет обзор различий между верификацией, затем обращается к ключевому аспекту обеспечения качества в CFD: верификацию решения. Это является важным шагом для обеспечения точности и надежности расчетов CFD. Ниже мы объясним ключевые аспекты верификации решения в CFD на основе WTG Merkblatt M3 "Численное моделирование ветровых потоков" и предоставим практические советы для вашей работы.
A. Валидация vs. Верификация
Прежде всего, важно различать между валидацией и верификацией. Валидация показывает, что решены правильные уравнения, то есть симуляция решает заданную задачу с достаточной точностью с выбранной моделью. Для приложений CFD необходимо различать "проверку программы" и "верификацию решения". Проверка программы предназначена для доказательства того, что программное обеспечение рассчитывает правильно в своих условиях, правильно решая уравнения. Проверка расчета, то есть верификация решения, направлена на обеспечение внутренней согласованности расчета, то есть достижение стабильного решения, где происходят ожидаемые эффекты и больше не зависят значительно от используемой модели. В то время как проверка программы проводится производителем программного обеспечения, верификация решения всегда выполняется пользователем.
B. Почему верификация решения так важна?
- Модели CFD всегда являются приближениями реальности. Они включают упрощения и предположения, которые могут привести к отклонениям.
- Основные математические уравнения часто не решаемы точно и требуют численных методов.
- Ответственность за качество результатов лежит на пользователе. Пользователь должен убедиться, что для конкретной задачи выбрана правильная модель.
В отличие от верификации решения, проверка программы проводится и документируется производителем программного обеспечения, таким как Dlubal Software GmbH. Для этого мы обращаемся к нашим обширным примерам верификации, статьям базы знаний и FAQ по RWIND.
C. Конкретные шаги и контрольный список для верификации решения
WTG Merkblatt M3 "Численное моделирование ветровых потоков" предоставляет конкретный контрольный список для верификации решения в разделе 5.2:
Моделирование
- Представлены ли желаемые эффекты выбранной моделью?
- Правильно ли использован масштаб?
- Достаточно ли велико выбранное исследуемое пространство? (см. 4.1.3)
- Достаточно ли низкое отношение блокировки? (см. 4.1.3)
- Корректно ли сформулированы граничные условия?
- Достаточно ли описаны входные значения (ширина полосы, изменчивость)?
Качество сетки
- Достаточно ли мелкая сетка в критических точках?
- Известно ли влияние сетки на решение?
- Работает ли сетка одинаково хорошо для разных направлений потока?
Численные параметры
- Достигнута ли сходимость желаемых целевых значений?
- Достаточно ли точно время для ожидаемых явлений?
Правдоподобие
- Происходит ли поток в правильном направлении?
- Реальны ли точки разделения потока?
- Реальны ли коэффициенты давления и всасывания?
- Реальны ли колебания скоростей ветра?
- Подходит ли распределение параметров турбулентности?
Этот список предоставляет минимальные критерии для верификации различных аспектов решения CFD и может быть индивидуально расширен.
D. Резюме и перспективы
Верификация решений является важным аспектым CFD на стороне пользователя для обеспечения надежности и точности симуляций. Посредством систематической оценки моделирования, качества сетки, численных параметров и правдоподобия инженеры могут верифицировать и подтвердить, что реализованные симуляции предоставляют реалистичные и достоверные результаты. Усилие по верификации в основном определяется сложностью модели, которая должна быть оправдана требованиями задачи исследования. Особое внимание должно быть уделено необходимой аккуратности при проведении верификации решений, так как это требует сбалансированного соотношения между усилиями и глубиной исследования.
Источники
- Windtechnologische Gesellschaft WTG e.V. (2023). WTG-Merkblatt M1 – Ветер под опытами в аэродинамике зданий. Аахен: WTG.
- Windtechnologische Gesellschaft WTG e.V. (2023). WTG-Merkblatt M3 – Численное моделирование ветровых потоков. Аахен: WTG.
- VDI e.V. (2015). VDI Руководство 6201 – Программное обеспечение для структурного анализа. Дюссельдорф: VDI.