Odpověď:
Tato FAQ poskytuje nejprve přehled o rozdílu mezi verifikací a poté se zabývá klíčovým aspektem zajištění kvality v CFD: verifikace řešení. Jedná se o zásadní krok pro zajištění přesnosti a spolehlivosti CFD výpočtů. Níže vysvětlíme klíčové aspekty verifikace řešení v CFD na základě WTG Merkblatt M3 „Numerische Simulation von Windströmungen“ a poskytneme praktické rady pro vaši práci.
A. Validace vs. verifikace
Nejdříve je důležité rozlišovat mezi validací a verifikací. Validace ukazuje, že jsou vyřešeny správné rovnice, což znamená, že simulace řeší danou úlohu dostatečně přesně se zvoleným modelem. U CFD aplikací je třeba rozlišovat mezi „verifikacemi programu“ a „verifikacemi řešení“. Verifikace programu má prokázat, že program počítá správně v rámci svých podmínek a správně řeší rovnice. Kontrola výpočtu, tj. verifikace řešení, má zajistit, aby byl výpočet vnitřně konzistentní, to znamená, že bylo dosaženo stabilního řešení s očekávanými účinky a již výrazně nezávisí na použitém modelu. Zatímco ověření programu provádí výrobce softwaru, ověření řešení provádí vždy uživatel.
B. Proč je verifikace řešení tak důležitá?
- CFD modely jsou vždy aproximací skutečnosti. Zahrnují zjednodušení a předpoklady, které mohou vést k odchylkám.
- Základní matematické rovnice často nejsou přesně řešitelné a vyžadují numerické metody.
- Odpovědnost za kvalitu výsledků nese uživatel. Uživatel musí zajistit, aby byl pro danou úlohu použit správný model.
Na rozdíl od verifikace řešení je verifikace programu prováděna a dokumentována výrobcem softwaru, jako je společnost Dlubal Software GmbH. K tomu odkazujeme na naše rozsáhlé verifikační příklady, články v databázi znalostí a FAQ k programu RWIND.
C. Betonové stupně a kontrolní seznam pro posouzení řešení
WTG Merkblatt M3 „Numerische Simulation von Windströmungen“ nabízí v kapitole 5.2 konkrétní kontrolní seznam pro posouzení řešení:
Modelování
- Představuje vybraný model požadované účinky?
- Bylo použito správné měřítko?
- Je zvolená oblast dostatečně velká? (viz 4.1.3)
- Je poměr blokování dostatečně malý? (viz 4.1.3)
- Byly okrajové podmínky správně formulovány?
- Jsou vstupní hodnoty dostatečně popsány (šířka pásma, variabilita)?
Kvalita sítě
- Je rastr dostatečně jemný v kritických bodech?
- Je znám vliv rastru na řešení?
- Funguje rastr stejně dobře pro různé směry proudění?
Numerické parametry
- Bylo dosaženo konvergence požadovaných hodnot?
- Je časové rozlišení dostatečně jemné pro očekávané jevy?
Věrohodnost
- Probíhá proudění ve správném směru?
- Jsou separační body proudění věrohodné?
- Jsou součinitele tlaku a sání věrohodné?
- Jsou kolísání rychlosti větru věrohodné?
- Je rozdělení parametrů turbulence vhodné?
Tento seznam obsahuje minimální kritéria pro ověření různých aspektů CFD řešení a může být individuálně rozšířen.
D. Shrnutí a výhled
Verifikace řešení je důležitým aspektem CFD na straně uživatele pro zajištění spolehlivosti a přesnosti simulací. Systematickým vyhodnocením modelování, kvality sítě, numerických parametrů a věrohodnosti mohou inženýři ověřit a potvrdit, že realizované simulace poskytují realistické a důvěryhodné výsledky. Verifikační náročnost je do značné míry dána složitostí modelu, což by mělo být odůvodněno požadavky výzkumného problému. Zvláštní pozornost je třeba věnovat nezbytné opatrnosti při provádění verifikace řešení, protože vyžaduje vyvážený poměr mezi úsilím a hloubkou zkoumání.
Zdroje
- Windtechnologische Gesellschaft WTG eV (2023). WTG-Merkblatt M1 – Experimenty ve větrných tunelech v aerodynamice budov. Aachen: WTG.
- Windtechnologische Gesellschaft WTG eV (2023). WTG-Merkblatt M3 – Numerická simulace proudění větru. Aachen: WTG.
- VDI eV (2015). Směrnice VDI 6201 - Softwarově podporované statické výpočty. Düsseldorf: VDI.
