Odpowiedź:
To FAQ najpierw zawiera przegląd różnic między weryfikacją, a następnie omawia kluczowy aspekt zapewniania jakości w CFD: weryfikacja rozwiązania. Jest to niezbędny krok w kierunku zapewnienia dokładności i niezawodności obliczeń CFD. Poniżej wyjaśnimy kluczowe aspekty weryfikacji rozwiązań w CFD w oparciu o WTG Merkblatt M3 "Numerische Simulation von Windströmungen" i udzielimy praktycznych porad.
A. Walidacja a weryfikacja
Po pierwsze, ważne jest, aby rozróżnić walidację i weryfikację. Walidacja pokazuje, że rozwiązano prawidłowe równania, co oznacza, że symulacja rozwiązuje zadane zadanie wystarczająco dokładnie na wybranym modelu. W przypadku aplikacji CFD należy rozróżnić między "weryfikacją programu" a "weryfikacją rozwiązania". Weryfikacja programu ma na celu udowodnienie, że program przeprowadza prawidłowe obliczenia w swoich warunkach, a tym samym poprawnie rozwiązuje równania. Przegląd obliczeń, tj. weryfikacja rozwiązania, ma na celu zapewnienie, że obliczenia są wewnętrznie spójne, co oznacza, że zostało osiągnięte stabilne rozwiązanie, w którym oczekiwane efekty występują i nie zależą już w znacznym stopniu od zastosowanego modelu. Podczas gdy weryfikacją programu zajmuje się producent oprogramowania, weryfikacją rozwiązania zajmuje się zawsze użytkownik.
B. Dlaczego weryfikacja rozwiązania jest tak ważna?
- Modele CFD są zawsze przybliżeniem rzeczywistości. Obejmują one uproszczenia i założenia, które mogą prowadzić do odchyleń.
- Podstawowe równania matematyczne często nie są możliwe do rozwiązania i wymagają zastosowania metod numerycznych.
- Odpowiedzialność za jakość wyników spoczywa na użytkowniku. Użytkownik musi upewnić się, że do określonego zadania zastosowano odpowiedni model.
W przeciwieństwie do weryfikacji rozwiązania, weryfikację programu przeprowadza i dokumentuje jego producent, np. firma Dlubal Software GmbH. W tym celu należy zapoznać się z naszymi obszernymi przykładami weryfikacyjnymi, artykułami w bazie informacji oraz najczęściej zadawanymi pytaniami na temat RWIND.
C. Betonowe kroki i lista kontrolna do sprawdzenia rozwiązania
WTG Merkblatt M3 "Numerische Simulation von Windströmungen" zawiera listę kontrolną dla weryfikacji rozwiązania w sekcji 5.2:
Modelowanie
- Czy wybrany model przedstawia pożądane efekty?
- Czy zastosowano prawidłową skalę?
- Czy wybrany obszar analizy jest wystarczająco duży? (patrz 4.1.3)
- Czy stopień blokowania jest wystarczająco niski? (patrz 4.1.3)
- Czy warunki brzegowe zostały poprawnie sformułowane?
- Czy wartości wejściowe (przepustowość, zmienność) są wystarczająco opisane?
Jakość siatki
- Czy raster jest wystarczająco cienki w punktach krytycznych?
- Czy znany jest wpływ rastra na rozwiązanie?
- Czy ruszt działa równie dobrze dla różnych kierunków przepływu?
Parametry numeryczne
- Czy osiągnięto zbieżność żądanych wartości docelowych?
- Czy rozdzielczość czasowa jest wystarczająca dla oczekiwanych zjawisk?
Wiarygodność
- Czy przepływ odbywa się we właściwym kierunku?
- Czy punkty separacji przepływu są wiarygodne?
- Czy współczynniki ciśnienia i ssania są wiarygodne?
- Czy wahania prędkości wiatru są wiarygodne?
- Czy rozkład parametrów turbulencji jest odpowiedni?
Lista ta zawiera minimalne kryteria weryfikacji różnych aspektów rozwiązania CFD i może być indywidualnie rozszerzona.
D. Podsumowanie i perspektywy
Weryfikacja rozwiązania jest ważnym aspektem CFD po stronie użytkownika, zapewniającym wiarygodność i dokładność symulacji. Dzięki systematycznej ocenie modelowania, jakości siatki, parametrów numerycznych i wiarygodności, inżynierowie mogą zweryfikować i potwierdzić, że zaimplementowane symulacje dają realistyczne i wiarygodne wyniki. Nakład pracy związany z weryfikacją jest w dużej mierze zdeterminowany złożonością modelu, która powinna być uzasadniona wymaganiami postawionego problemu. Szczególną uwagę należy zwrócić na niezbędną ostrożność podczas przeprowadzania weryfikacji rozwiązania, ponieważ wymaga to wyważonego stosunku między nakładem pracy a wnikliwym dochodzeniem.
Źródła
- Inżynieria wiatrowa WTG eV (2023). WTG-Merkblatt M1 - Eksperymenty w tunelu aerodynamicznym w aerodynamice konstrukcji. Akwizgran: WTG.
- Inżynieria wiatrowa WTG eV (2023). WTG-Merkblatt M3 - Symulacja numeryczna przepływu wiatru. Akwizgran: WTG.
- VDI eV (2015). Wytyczna VDI 6201 – Analiza statyczno-wytrzymałościowa wspomagana oprogramowaniem. Düsseldorf: VDI.
