搜索【CFD模型驗證與確認】01：術語
2017-03-30 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
CFD的V&V(Verification and Validation,驗證及確認)非常重要。因此決定分幾次專題來介紹CFD仿真的V&V問題。本次主要介紹V&V中的一些專用術語。
目的是澄清意義,并指出一些術語的具體定義可能與這些術語的常用用法不同,例如,Verification與Validation在大多數英文詞典中具有相同的含義,甚至在技術人員之間通常使用;然而在這里,我們關心與CFD的相關的具體技術定義。其中大多數定義直接來自AIAA G-077-1998“Guide for the Verification and Validation of Computational Fluid Dynamics Simulations”。其他定義和討論來自參考書目中引用的其他文獻。這些術語按字母順序排列。
Calibration(校準)在CFD仿真過程中被定義為:
The process of adjusting numerical or physical modeling parameters in the computational model for the purpose of improving agreement with experimental data. (AIAA G-077-1998)
在計算模型中調整數值或物理建模參數的過程,以改善與實驗數據的一致性。 (AIAA G-077-1998)
校準的目的是改善計算結果與實驗結果的一致性,而不是評估計算誤差及不確定性。校準來源于對復雜物理過程建模的不確定性,其主要用于調整未測量或不良特征的實驗參數。
校準過程的一個典型應用是對湍流模型中的經驗常數參數的調整。雖然校準過程能夠提高某類問題的一致性,然而卻可能會降低CFD程序的通用性。
CFD程序的Certification(認證)除了包含驗證與確認 (Verification and Validation, v&v)之外,還包括文檔、質量保證以及版本控制等內容。 認證過程旨在增加設計項目中使用的軟件代碼的可信度。“通過認證”可能意味著軟件代碼已經滿足了一定的標準(如ISO,NASA等)。
Code(代碼)通常指的是一系列計算機指令和數據輸入定義的集合。 代碼通常具有與驗證完成級別相關的三個階段:研究、試驗及產品。產品代碼應當已經針對預期的設計應用進行了充分驗證,包括系統級驗證。
Credibility(可靠性)。
提高可靠性被認為與客戶建立信任或為其提供高質量產品同樣重要。
Error(誤差)定義為:
A recoqnizable deficiency in any phase or activity of modeling and simulation that is not due to lack of knowledge. (AIAA G-077-1998)
并非由于知識缺乏所造成的在建模及仿真的任何階段的認識不足。(AIAA G-077-1998)
注:由于知識不足所造成的稱之為“不確定性”。
Grid Converge(網格收斂)意味著:隨著網格間距的減小,計算結果逼近某一確定值。 這里“網格間距”可以指空間間距,以及瞬態計算中的時間步長。
注:這里的網格收斂,既包含空間網格,也包含時間網格。
“迭代收斂”意味著隨著離散方程的迭代求解,其計算結果逼近某一固定值。
Model(模型)定義為:
A representation of a physical system or process intended to enhance our ability to understand, predict, or control its behavior. (AIAA G-077-1998)
物理系統或物理過程的數學描述,用于增強對系統及過程的理解、預測及控制。 (AIAA G-077-1998)
CFD的概念模型由描述物理系統的數學模型數據及數學(偏微分)方程組成。 另外還包括初始和邊界條件。
計算模型是實現概念模型的計算機程序或代碼。 這可能是有限差分法、有限體積法、有限元法或其他類型離散化方法。 其包括算法及迭代策略。 計算模型的參數主要包括網格點數、算法輸入及其他計算控制參數。
注:模型分概念模型和計算模型兩種。概念模型指的是描述自然界的數學物理方程,而計算模型通常指的是概念模型經過離散后的模型。
Modeling(建模)定義為:
The process of construction or modification of a model. (AIAA G-077-1998)
模型構建或模型修改的過程。(AIAA G-007-1998)
Prediction(預測)定義為:
Use of a CFD model to foretell the state of a physical system under conditions for which the CFD model has not been validated. (AIAA G-077-1998)
在CFD模型尚未驗證的條件下,利用CFD模型預測物理系統的狀態。 (AIAA G-077-1998)
“預測”往往超出已經驗證的模型庫,并模擬的是未經測試的系統。我們常常希望能夠估計預測的準確性, 然而不幸的是驗證和確認過程并不能提供對“預測準確性”的估計。
注:預測通常采用內插或者外插,采用的模型都是未加驗證的,在實際的操作過程中,通常利用相似的已驗證的模型作為參照。
Robustness(魯棒性)定義為:
在初始值與控制參數發生改變時,數值計算方法獲得解的能力。魯棒性通常指的是程序的容錯能力。通常來講,魯棒性的實現常常以犧牲計算精度作為代價。
注:所謂的魯棒性,通常可以理解為程序代碼對于一些不良輸入的容忍程度,比如說在很差的網格上也能獲得較好的計算結果,再比如說在一些極端工況下不會出現非物理解等。
Uncertainty(不確定性)定義為:
"A potential deficiency in any phase or activity of the modeling process that is due to the lack of knowledge." (AIAA G-077-1998)
建模過程中由于知識的缺乏而造成的潛在缺陷。(AIAA G-077-1998)
注:不確定性主要針對概念模型來講的。比如說描述多相流流動的一些經驗模型。
Validation(驗證)定義為:
The process of determining the degree to which a model is an accurate representation of the real world from the perspective of the intended uses of the model. (AIAA G-077-1998)
從模型預期用途的角度來確定物理模型描述真實世界的準確程度的過程
注:比如說流體力學中,確定NS方程描述流體流動現象的準確程度,這屬于概念模型的驗證。
Verification(確認)定義為:
The process of determining that a model implementation accurately represents the developer's conceptual description of the model and the solution to the model. (AIAA G-077-1998)
確定計算模型表達概念模型的準確程度的過程。
注:比如說計算流體力學中,確定二階迎風離散方法描述NS方程中的對流項的準確程度,這屬于計算模型的確認。
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