发布时间 : 星期日 文章CFD仿真验证及有效性指南更新完毕开始阅读0c7a5c30dc36a32d7375a417866fb84ae45cc386
完整系统 子系统情况 基准情况 单元问题 图4 有效性验证阶段
完整系统 ? 真实系统硬件 ? 完整流动物理现象 ? 所有相关流动特性 ? 有限的实验数据 ? 最多未知的初始和边界条件 子系统情况 ? 子系统或者组件硬件 ? 中等复杂流动物理现象 ? 很多相关流动特性 ? 大量的实验不确定性 ? 一些测量的初始和边界条件 基准情况 ? 指定组合硬件 ? 两单元的复杂流动物理现象 ? 两个相关流动特性 ? 中等实验不确定性 ? 最多测量的初始和边界条件 单元情况 ? 简单的几何组合硬件 ? 一个单元的复杂流动物理现象 ? 一个相关流动特性 ? 低的实验不确定性 ? 所有测量的初始和边界条件 图5
这个过程的每一阶段代表一个不同的流动物理耦合和几何复杂性水平（如图5），一个完整系统由包含有效CFD工具的真实的硬件或者系统组成，因此，根据定义，所有的集合和流动物理效应同时发生，一个完整的系统通常包括多学科的物理现象。数据是在真实工作环境下测量的，但是这些测量是有限的，准确的测量条件如初始条件、边界条件是很难量化的，并且数据有很高的不确定性。
子系统情况代表真实硬件向简单或局部流场的第一次分解，与完整系统相比，每一个子系统情况通常表现出受限的几何和流动特性。完整系统的物理流动可能会被子系统合理代表，但是流动现象之间的耦合水平会减弱，子系统测试数据的质量和数量通常比完整系统好得多。
基准情况代表完整系统连续性分解的另一水平，对于这些情况，单独的硬件被组装一代表每个子系统的关键特性。与子系统相比，基准情况几何更简单，并且只有流动物理的两个单独特性，并且在基准情况下这两个特性通常是耦合的。耦合流动特性的例子有由激波引起的边界层分离、空穴流与分离流动区域的交互作用，由激波引起的可燃混合物的点燃。这一情况下的实验数据通常有证明文件且有较宽的范围。大多数与测量值有关的不确定性被量化，但是会遗失一些重要
的测量值，例如初始和边界条件。
单位问题代表完整系统的全分解。高精度、有特殊目的的硬件被组装和检查。单元问题的特点是：非常简单的几何、一个流动物理特性和一个区域的流动特性，包含高仪表化的、高精度的实验数据。此外，准备了实验数据的广泛地不确定性分析。通常，单元问题的实验在单独的设备上进行，以确保能够识别实验数据中的偏见、误差，对单元问题，所有重要的初始条件和边界条件被精确测量。
有效性验证过程的每一阶段都强调对CFD模型的某一特性进行评估。对单元问题这一阶段，所有数值方面的代码都应执行准确性验证、功能性和迭代收敛特性，此外，应进行系统网格敏感性研究以评估网格收敛误差和为更复杂流动情况设定网格精度提供指导。在基准情况阶段，重点转移到评估有限物理耦合准则（code）下的物理模型，同样需要进行网格敏感性评估以评估关键物理效应的必要细化水平。单元问题的经验可用来指导基准情况的活动。对子系统，采取对包含与完整系统相似的多重几何和流动特性的流场情况的完整代码练习的策略。同时评估网格拓扑结构和当地网格密度的影响及强耦合下的物理模型要求。由于计算机资源和实验信息的限制，有效性验证时计算相当少的算例。对完整系统，使用最合适的物理模型、最好的网格拓扑结构和网格密度来模拟真实的硬件测试情况。通过测试数据（考虑了测试误差）得到的符合性水平根据设计精度要求进行评估已建立所用策略的代码有效性水平。
以上描述的有效性验证过程应创建一个广泛地有效性数据库，这个数据库应能被用来指导未来的硬件设计而不用重复验证。作为一个对给定应用拥有更高信任水平的CFD代码，一个知识数据库应被发展并逐渐扩大。因此对一个相关应用扩大现有的有效性验证工作是相对直接的，因为相对较少的情况下可能需要验证。这种方法的一个例子如图6，在这里一个分析涡轮泵叶轮扩散器交互问题的代码被验证，上到子系统层对涡轮叶片破裂问题进行分析。
4.2校准
工程上建模仿真最常见的应用是预测增量的量化，这一保守方法提供了在复杂系统和过程中的增量变化因此在没有不可接受风险时，建模仿真的很多缺点都能忍受。例如，一个流体动力系统如飞机或者涡轮泵的设计期望和实际性能之间的差别就是仿真中固有错误和不确定性的测试，一旦这个不确定性或者错误被估计，相同的设计仿真工具同样地可被用于在可比的环境中预测评估相似系统的工作性能。不管是通过在增加仿真性能值的已知不确定性和错误还是通过调节仿真的不同单元以使计算结果和实验结果相符都经常用到。调节行为在复杂CFD