Verificação de soluções em CFD – qual a sua importância e para quem a deve ser realizada?

Esta FAQ fornece uma visão geral da diferença entre verificações e depois aborda um aspeto crucial da garantia de qualidade em CFD: verificação da solução. É um passo essencial para garantir a precisão e a fiabilidade dos cálculos CFD. A seguir, iremos explicar os principais aspetos da verificação de soluções em CFD com base na WTG Merkblatt M3 "Numerische Simulation von Windströmungen" e fornecer conselhos práticos para o seu trabalho.

A. Validação ou verificação

Primeiro, é importante distinguir entre validação e verificação. A 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, tem de ser feita 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 das suas condições, resolvendo corretamente as equações. A revisão do cálculo, ou seja, a verificação da solução, tem como objetivo garantir que o cálculo é internamente consistente, o que significa que foi alcançada uma solução estável onde os efeitos esperados ocorrem e já não dependem de forma significativa do modelo utilizado. Enquanto a verificação do programa é realizada pelo fabricante do software, a verificação da solução é sempre realizada pelo utilizador.

B. Porque é que a verificação da solução é tão importante?

1. Os modelos CFD são sempre aproximações da realidade. Envolvem simplificações e suposições que podem levar a desvios.
2. As equações matemáticas subjacentes muitas vezes não têm uma solução exata e requerem métodos numéricos.
3. A responsabilidade pela qualidade dos resultados é do utilizador. O utilizador tem de assegurar que é utilizado o modelo correto para a tarefa específica.

Ao contrário da verificação da solução, a verificação do programa é realizada e documentada pelo fabricante do software, como a Dlubal Software GmbH. Para isso, consulte os nossos exemplos de verificação completos, os artigos da base de dados de conhecimento e as FAQs sobre o RWIND.

C. Degraus de betão e lista de verificação para verificação da solução

A WTG Merkblatt M3 "Numéricos de simulação de vento em aço" fornece uma lista de verificação para a verificação da solução na Secção 5.2:

Modelação

• Os efeitos desejados estão representados no modelo escolhido?
• Foi utilizada a escala correta?
• A área de estudo escolhida é suficientemente grande? (ver 4.1.3)
• A relação de bloqueio é suficientemente baixa? (ver 4.1.3)
• As condições de fronteira foram formuladas corretamente?
• Os valores de entrada estão suficientemente descritos (largura de banda, variabilidade)?

Qualidade da malha

• A grelha é fina o suficiente nos pontos críticos?
• A influência da grelha na solução é conhecida?
• A grelha funciona igualmente bem para diferentes direções do fluxo?

Parâmetros numéricos

• Foi alcançada a convergência dos valores de destino desejados?
• A resolução temporal é fina o suficiente para os fenómenos 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 variações na velocidade do vento são plausíveis?
• A distribuição dos parâmetros de turbulência é adequada?

Esta lista providencia os critérios mínimos para a verificação dos vários aspetos de uma solução CFD e pode ser alargada individualmente.

D. Resumo e Perspectiva

A verificação da solução é um aspeto importante do CFD no lado do utilizador para garantir a fiabilidade e a precisão das simulações. Através de uma avaliação sistemática da modelação, da qualidade da malha, dos parâmetros numéricos e da plausibilidade, os engenheiros podem verificar e confirmar se as simulações implementadas fornecem resultados realistas e fiáveis. O esforço de verificação é em grande parte determinado pela complexidade do modelo, a qual deve ser justificada pelos requisitos do problema de investigação. Deve ser dada especial atenção aos cuidados necessários na realização da verificação da solução, uma vez que requer uma relação equilibrada entre esforço e profundidade da investigação.

Fontes

• Windtechnologische Gesellschaft WTG eV (2023). WTG-Merkblatt M1 – experiências com um túnel de vento em aerodinâmica de edifícios. Aachen: WTG.
• Windtechnologische Gesellschaft WTG eV (2023). WTG-Merkblatt M3 – Simulação numérica de fluxos de vento. Aachen: WTG.
• VDI eV (2015). Diretiva 6201 da VDI – Análise estrutural suportada por software. Düsseldorf: VDI.