邓小刚：计算流体力学中的验证与确认

周华

这次HiCFD我觉得validation的成分要多一些，至少在第一轮和第二轮中要多一些。这两轮的工作主要是看网格密度变化对计算结果的影响（grid indepence），另外要考验各种求解器的准度如何（goodness）。网格独立性这东西很多期刊发表文章的时候都要提供这方面的证明，但实际上在复杂流动中可能并不存在网格独立性。goodness一般也是考验结果的一个标准，所以每篇文章都要跟实验或解析解对比一下。不过goodness实际上是从结果来考察求解系统，我觉得也不容易总结出一般规律，因为其中的影响因素很多，不知是否有可能把导致好结果的因素孤立出来。

周华

verification这件工作在企业里主要由质量工程师完成，其过程也很简单就是对照着设计清单和产品看是不是实现了全部的功能。validation则要通过实验完成，比如看一个空调是否能制冷就打开看看是否能吹出冷气，再高级一点就看是否能在指定时间内把室内温度降下来。

onesupeng

原帖由 通流 于 2012-7-13 10:02 发表

                               
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我对翻译不是很内行。不过，验证和确认两个词的字面上的区别，我很难区分。

对于网格收敛性、网格无关性、时间步无关性、计算域无关性的验证，目前不是很成熟，或者说对于大多数情况是不太可能的。要做，也只能是 ...

这个你又违背一些CFD的知识了。

比如我要做Re=1~200的半圆柱，你验证50的圆柱可以吧？

我做Ma=5的问题，验证Ma=4的问题可以说明程序在5也差不多吧？

你不指望验证Ma=0.8，然后去算Ma=20的吧？

相似/相近模型的验证，并不是风牛马不相及的验证

越说越远了，呵呵

通流

这个你又违背一些CFD的知识了。

比如我要做Re=1~200的半圆柱，你验证50的圆柱可以吧？

我做Ma=5的问题，验证Ma=4的问题可以说明程序在5也差不多吧？

你不指望验证Ma=0.8，然后去算Ma=20的吧？

相似/相近模型的验证，并不是风牛马不相及的验证

你这里判断Re=50的验证可能可以覆盖Re=1-200的想法其实是根据你对流体力学的掌握。这个有道理。是不是真的能够用到Re=200，其实你也不太确定。如果Re很高的话，能不能验证，就更有问题了。

如果，你遇到一个新的问题，你如何做那些所谓的验证呢？能做的也就是根据你对流体力学的了解，来判断计算结果是否合理。这里用的方法，不是只是机械的加密网格。我的理解是，实际上你已经对要计算的东西的结果有了一个大致的了解和判断。在这个基础上，那些验证的方法才会对你有所帮助。这里包含的不只是用了五千万个网格那样的概念。

在回到你说的Re=50的圆柱绕流问题。如果你的程序和网格都是轴对称的话，当起始条件也是对称的，那么计算结果也只能是对称的。这时，添加扰动就成了必要的条件了。

其实，我想说的是，想要得到比较可行的计算结果，不只是在玩网格，玩时间步长。更主要的是运用流体力学知识对计算结果的判断。我是用流体力学来设计东西的。CFD结果的好坏直接影响到产品的质量。对于绝大多数的情况，只是加密网格，减小时间步长，根本行不通。

onesupeng

原帖由 通流 于 2012-7-13 12:13 发表

                               
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你这里判断Re=50的验证可能可以覆盖Re=1-200的想法其实是根据你对流体力学的掌握。这个有道理。是不是真的能够用到Re=200，其实你也不太确定。如果Re很高的话，能不能验证，就更有问题了。

如果，你遇到一个新 ...

所以我在原贴中说的很清楚“这样的结果虽然不能保证对，但错的可能性会大大减少。”

通流

我这里提的一下看起来是负面的意见，其实就是要大家知道，CFD不仅是网格，格式精度，时间步长，更需要流体力学。
没有流体力学的知识，指望着CFD来得到答案，是很危险的做法。以网格生成软件中的那些网格质量的指标来衡量网格的好坏，其实是很有误导作用的。不了解流动情况，根本无法判断网格的好坏。那些高阶格式到底有没有用，目前即使搞计算数学的人群中，也还是有不同意见的。有一个搞计算数学的教授在上课时讲，二阶进度已经足够。我想这里的原因就是高阶格式到目前为止，并不成熟，离普遍应用还是有距离。这也就是为什么，大家还是在搞新的高阶格式。

周华

我也觉得在工程上二阶精度已经足够，更高阶的格式主要是为挑战CFD极限来做的，或者说是CFD发烧友做的。追求网格标准和格式标准也是大家希望能弄出一个类似于工业标准的CFD标准，就是说一旦这个标准存在且被发现，那么任何人只要按照标准流程来做就能达到要求，这体现的也是一种工业化的思想。目前这个活动就是主要针对粘性计算问题，尚不考虑激波边界层干扰等复杂流动现象，所以还是可以搞出个标准来的。另外verification既可以是对软件、程序的检验，也可以是对研究团队的检验，希望有高手能脱颖而出也是这次活动的一个目的。

onesupeng

原帖由 周华 于 2012-7-14 14:09 发表

                               
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我也觉得在工程上二阶精度已经足够，更高阶的格式主要是为挑战CFD极限来做的，或者说是CFD发烧友做的。追求网格标准和格式标准也是大家希望能弄出一个类似于工业标准的CFD标准，就是说一旦这个标准存在且被发现，那么 ...

高阶精度的目的有三个：
1、尽可能用少的网格计算问题。大多数问题，高精度格式往往需要较少的网格即可达到低精度较多网格的效果
2、捕捉流动微细结构，探讨一些流动物理问题
3、CFD的人闲的蛋疼，闹着玩，骗点钱

周华

原帖由 onesupeng 于 2012-7-15 11:02 发表

                               
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高阶精度的目的有三个：
1、尽可能用少的网格计算问题。大多数问题，高精度格式往往需要较少的网格即可达到低精度较多网格的效果
2、捕捉流动微细结构，探讨一些流动物理问题
3、CFD的人闲的蛋疼，闹着玩，骗 ...

大体上这样说是没错，但其实这几个问题都有争议。比如高精度格式大多用欧拉方程做模型，主要考核项目是对激波的计算，但是在粘性流计算中湍流模型掺和进来后，精度是否仍然保证就成问题。另外高精度格式用的网格少，但每步的计算量加大，边界条件处理等等都会带来一系列问题。再说捕捉细微结构也是一样，现在高精度格式捕捉的“细微结构”大多是激波的细微结构，对于漩涡、边界层等粘流的细微结构倒不一定能捕捉的那么好。我记得看过一篇文章就说DNS捕捉不到边界层的对数层，一般认为DNS是最高精度的，比LES、DNS等都高，应该比RANS方法高更多，但是也还是存在一些理论问题，并不只是硬件满足不了要求的问题。

穹顶南船

多谢，学习下！

qianwei

多谢分享

flyingseed

其实CFD里面网格收敛解是否可以得到要决定于许多方面，比如算法本身。不是说高阶格式不能得到收敛解，要看采用的算法，为什么二阶格式通常可以得到收敛的解，因为二阶格式的耗散大，只能扑捉到较低的波数，即使将网格加的很密，由于算法本身的耗散要遮盖网格的分辨能力，最后可以得到与网格无关的解，如果是高阶格式，分辨能力要比二阶格式高很多，所以网格收敛就很难做到，但不是不可以。另外要看问题的性质，如果是一个具有很大非定常性的问题，用定常的算法，往往得不到收敛解；还有一个就是采用模型，比如用RANS方法容易得到收敛解，用LES，DNS就很难，因为算法本身就涉及网格，自然网格越密，结构也越多。但对于湍流问题，要看的其实是统计量，那些脉动结构对于实际应用我觉得意义不大。说的不对还请见谅。看到讨论的很热闹，参或一下。本身也是做高阶格式和DNS的我。所以我觉得我可以说一下。

wz9533

学习学习，一直不知道自己仿真的对不对