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2024-08-09

Solution-Verification in CFD – 为什么重要以及由谁来执行?

计算流体动力学(CFD)是现代工程实践中的一个强大工具。 但是和所有的模拟方法一样,也会出现以下问题: 计算结果的可靠性如何?


回复:

该常见问题解答首先概述了验算和以下软件之间的区别,然后介绍了 CFD 中质量保证的一个重要方面: 解决方案验证。 对于保证CFD计算的准确性、可靠性来说,建模是非常重要的。 下面我们将介绍基于 WTG Merkblatt M3 “Numerische Simulation von Windströmungen” 的 CFD 技术验证解决方案的一些重要方面,并提供一些实用的建议。

A. 审定与核查

首先,区分确认验证是很重要的。 通过验证,可以求解出正确的方程,说明所选模型可以足够准确地解决给定的问题。 在 CFD 应用中必须区分“程序验证”和“解验证”。 程序验证的目的是证明软件程序在其设置的条件下能够正确计算,正确地求解方程。 对计算的检查,即解验证,的目的是确保计算是内部一致的,即已经达到预期影响出现的稳定解,并且不再显着取决于所使用的模型。 程序的审核是由软件制造商进行的,而解决方案的审核是由用户进行的。

B. 为什么解决方案验证如此重要?

  1. CFD 模型始终是实际情况的近似值, 其中包含简化和假设,因此可能会出现偏差。
  2. 其背后的数学方程式往往不能精确求解,需要使用数值方法。
  3. 用户对使用该结果的质量负责。 用户必须确保在完成的任务中使用正确的模型。

与解决方案审核不同,程序审核是由软件制造商(例如 Dlubal Software GmbH)进行工作,并提交程序审核。 相关信息,请参阅 RWIND 上大量的验算示例、知识库文章和常见问题解答。

C. 验证解决方案的混凝土步骤和清单

WTG Merkblatt M3 "Numerische Simulation von Windströmungen" 在第 5.2 节中提供了用于验证解决方案的具体清单:

建模

  • 所选模型是否代表了预期的效果?
  • 是否使用了正确的刻度?
  • 选择的研究区域是否足够大? (见 4.1.3)
  • 阻滞系数是否足够低? (见 4.1.3)
  • 边界条件是否设置正确?
  • 是否对输入值进行了充分的描述(宽度、可变性)?

网格质量

  • 网格在临界点是否足够精细?
  • 网格对求解的影响是否已知?
  • 该栅格对不同的流向是否同样有效?

数值参数

  • 是否达到目标值收敛?
  • 对于预期的现象,时间分辨率是否足够精细?

真实性

  • 流动是否在正确的方向上发生?
  • 流的分离点是否合理?
  • 压力和吸力系数是否真实?
  • 风速的波动是否真实?
  • 湍流参数的分布是否合适?

该列表提供了验证 CFD 解决方案各个方面的最低标准,并且可以单独进行扩展。

D. 总结和展望

为用户提供 CFD 软件的准确性和可靠性。 通过对建模、网格质量、数值参数和真实性进行系统评估,工程师们可以验证和确认所实施的模拟结果是否真实可靠。 验算工作量在很大程度上取决于模型的复杂性,并应根据研究问题的要求进行调整。 在进行解决方案验证时必须特别注意,因为它需要在工作量和调查深度之间取得平衡。

来源

  • Windtechnologische Gesellschaft WTG eV (2023)。 WTG-Merkblatt M1 – 建筑空气动力学风洞实验。 亚军: WTG.
  • Windtechnologische Gesellschaft WTG eV (2023)。 WTG-Merkblatt M3 – 风流数值模拟。 亚军: WTG.
  • VDI eV (2015). VDI Guideline 6201 – 软件支持的结构分析。 杜塞尔多夫: VDI

作者

Kraus 先生是公司的人工智能和机器学习联系人。