搜索【CFD模型驗(yàn)證與確認(rèn)】01：術(shù)語(yǔ)
2017-03-30 by:CAE仿真在線 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
CFD的V&V(Verification and Validation,驗(yàn)證及確認(rèn))非常重要。因此決定分幾次專題來(lái)介紹CFD仿真的V&V問(wèn)題。本次主要介紹V&V中的一些專用術(shù)語(yǔ)。
目的是澄清意義,并指出一些術(shù)語(yǔ)的具體定義可能與這些術(shù)語(yǔ)的常用用法不同,例如,Verification與Validation在大多數(shù)英文詞典中具有相同的含義,甚至在技術(shù)人員之間通常使用;然而在這里,我們關(guān)心與CFD的相關(guān)的具體技術(shù)定義。其中大多數(shù)定義直接來(lái)自AIAA G-077-1998“Guide for the Verification and Validation of Computational Fluid Dynamics Simulations”。其他定義和討論來(lái)自參考書目中引用的其他文獻(xiàn)。這些術(shù)語(yǔ)按字母順序排列。
Calibration(校準(zhǔn))在CFD仿真過(guò)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(jì)算模型中調(diào)整數(shù)值或物理建模參數(shù)的過(guò)程,以改善與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性。 (AIAA G-077-1998)
校準(zhǔn)的目的是改善計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性,而不是評(píng)估計(jì)算誤差及不確定性。校準(zhǔn)來(lái)源于對(duì)復(fù)雜物理過(guò)程建模的不確定性,其主要用于調(diào)整未測(cè)量或不良特征的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。
校準(zhǔn)過(guò)程的一個(gè)典型應(yīng)用是對(duì)湍流模型中的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)參數(shù)的調(diào)整。雖然校準(zhǔn)過(guò)程能夠提高某類問(wèn)題的一致性,然而卻可能會(huì)降低CFD程序的通用性。
CFD程序的Certification(認(rèn)證)除了包含驗(yàn)證與確認(rèn) (Verification and Validation, v&v)之外,還包括文檔、質(zhì)量保證以及版本控制等內(nèi)容。 認(rèn)證過(guò)程旨在增加設(shè)計(jì)項(xiàng)目中使用的軟件代碼的可信度。“通過(guò)認(rèn)證”可能意味著軟件代碼已經(jīng)滿足了一定的標(biāo)準(zhǔn)(如ISO,NASA等)。
Code(代碼)通常指的是一系列計(jì)算機(jī)指令和數(shù)據(jù)輸入定義的集合。 代碼通常具有與驗(yàn)證完成級(jí)別相關(guān)的三個(gè)階段:研究、試驗(yàn)及產(chǎn)品。產(chǎn)品代碼應(yīng)當(dāng)已經(jīng)針對(duì)預(yù)期的設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行了充分驗(yàn)證,包括系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證。
Credibility(可靠性)。
提高可靠性被認(rèn)為與客戶建立信任或?yàn)槠涮峁└哔|(zhì)量產(chǎn)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(shí)缺乏所造成的在建模及仿真的任何階段的認(rèn)識(shí)不足。(AIAA G-077-1998)
注:由于知識(shí)不足所造成的稱之為“不確定性”。
Grid Converge(網(wǎng)格收斂)意味著:隨著網(wǎng)格間距的減小,計(jì)算結(jié)果逼近某一確定值。 這里“網(wǎng)格間距”可以指空間間距,以及瞬態(tài)計(jì)算中的時(shí)間步長(zhǎng)。
注:這里的網(wǎng)格收斂,既包含空間網(wǎng)格,也包含時(shí)間網(wǎng)格。
“迭代收斂”意味著隨著離散方程的迭代求解,其計(jì)算結(jié)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(tǒng)或物理過(guò)程的數(shù)學(xué)描述,用于增強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)及過(guò)程的理解、預(yù)測(cè)及控制。 (AIAA G-077-1998)
CFD的概念模型由描述物理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)及數(shù)學(xué)(偏微分)方程組成。 另外還包括初始和邊界條件。
計(jì)算模型是實(shí)現(xiàn)概念模型的計(jì)算機(jī)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(jì)算模型的參數(shù)主要包括網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)、算法輸入及其他計(jì)算控制參數(shù)。
注:模型分概念模型和計(jì)算模型兩種。概念模型指的是描述自然界的數(shù)學(xué)物理方程,而計(jì)算模型通常指的是概念模型經(jīng)過(guò)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(gòu)建或模型修改的過(guò)程。(AIAA G-007-1998)
Prediction(預(yù)測(cè))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(yàn)證的條件下,利用CFD模型預(yù)測(cè)物理系統(tǒng)的狀態(tài)。 (AIAA G-077-1998)
“預(yù)測(cè)”往往超出已經(jīng)驗(yàn)證的模型庫(kù),并模擬的是未經(jīng)測(cè)試的系統(tǒng)。我們常常希望能夠估計(jì)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性, 然而不幸的是驗(yàn)證和確認(rèn)過(guò)程并不能提供對(duì)“預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性”的估計(jì)。
注:預(yù)測(cè)通常采用內(nèi)插或者外插,采用的模型都是未加驗(yàn)證的,在實(shí)際的操作過(guò)程中,通常利用相似的已驗(yàn)證的模型作為參照。
Robustness(魯棒性)定義為:
在初始值與控制參數(shù)發(fā)生改變時(shí),數(shù)值計(jì)算方法獲得解的能力。魯棒性通常指的是程序的容錯(cuò)能力。通常來(lái)講,魯棒性的實(shí)現(xiàn)常常以犧牲計(jì)算精度作為代價(jià)。
注:所謂的魯棒性,通常可以理解為程序代碼對(duì)于一些不良輸入的容忍程度,比如說(shuō)在很差的網(wǎng)格上也能獲得較好的計(jì)算結(jié)果,再比如說(shuō)在一些極端工況下不會(huì)出現(xiàn)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(guò)程中由于知識(shí)的缺乏而造成的潛在缺陷。(AIAA G-077-1998)
注:不確定性主要針對(duì)概念模型來(lái)講的。比如說(shuō)描述多相流流動(dòng)的一些經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?
Validation(驗(yàn)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(yù)期用途的角度來(lái)確定物理模型描述真實(shí)世界的準(zhǔn)確程度的過(guò)程
注:比如說(shuō)流體力學(xué)中,確定NS方程描述流體流動(dòng)現(xiàn)象的準(zhǔn)確程度,這屬于概念模型的驗(yàn)證。
Verification(確認(rèn))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(jì)算模型表達(dá)概念模型的準(zhǔn)確程度的過(guò)程。
注:比如說(shuō)計(jì)算流體力學(xué)中,確定二階迎風(fēng)離散方法描述NS方程中的對(duì)流項(xiàng)的準(zhǔn)確程度,這屬于計(jì)算模型的確認(rèn)。
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