我对CFD V&V 的理解

FlowTech

原帖由 invader 于 2011/1/17 12:49 发表

                               
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这就是一个解得稳定性的问题，换句话说，现在的CFD结果或者其他什么软件的计算结果都是只是单纯的计算结果，没有多少东西能够像解个一元二次方程那样能够得到稳定解，
所以需要一个对软件的整合的过程，整合的结 ...

不大明白你所说的稳定性具体是什么含意。
我碰到的问题基本上都是网格划分的问题。即需要高度细分的地方，网格大小的初始设定比较粗梳，造成了结果和实验的差异。参照实验结果重新设置网格之后，基本上都可以得到比较满意的结果。除了网格的数量超过计算能力的情况。
所以说，正确估计网格划分的需求是关键因素。这个需要长期的经验，和对实验结果，流体现象的把握。通俗地说，这是一门手艺，离工程还有距离，离科学的距离则更远。

invader

原帖由 FlowTech 于 2011-1-18 00:18 发表

                               
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不大明白你所说的稳定性具体是什么含意。
我碰到的问题基本上都是网格划分的问题。即需要高度细分的地方，网格大小的初始设定比较粗梳，造成了结果和实验的差异。参照实验结果重新设置网格之后，基本上都可以得 ...

您这就是根据自己的经验进行了网格无关性验证啊，在一套完备性网格上进行计算，其结果令人满意的程度才比较大
至于稳定性，现阶段，即使进行了网格无关性验证，在外部条件扰动的情况下，能仍保证结果还是正确吗，
网格的合理性加密是需要大量工程经验以及个人的科学修养的
一套网格针对于一个问题，如何体现其完备性，体现出对问题的适应性是很关键的，这就像经验公式，必定有其经验性的适用范围，CFD V&V 的工作恐怕只能是考量这个适用范围，在此基础上再进一步摸索前进，达到个别领域内的完备化
因此说来，对目前大量重复性的工作，不如统一建立各领域内的模型库，这样即可前人栽树后人乘凉，免去诸多重复性探索，或许也可有效提高各位的工作效率

通流

可能是我比较孤陋寡闻吧，确实从没有听说过V&V。

LZ说的东西有点层次太高，让人很难抓住任何具体的东西。对于绝大部分流体来说，NS方程是足够的。至于紊流，也就是紊流模型，则是对于NS方程的一种简化，近似。如何满足实际需求，这是一个还没有解决的问题。

一般我们说的CFD则是用数值方法来解NS方程或其简化的方程。这又是一层简化。

你说的初始条件，似乎更是物理上的问题，与CFD本身其实没什么直接关系。对于指导CFD当然是很有用的。

LZ提到的 verification and validation 虽然重要。不过到底怎么才算是verification and validation 还是一个不是很清楚的事情。到底如何做就更不清楚了。目前的水平，只能在很窄的范围内，CFD能够提供可靠的结果。剩下的，这要靠我们一个一个的单独判断。

uesoft

原帖由 通流 于 2011-1-20 15:52 发表
一般我们说的CFD则是用数值方法来解NS方程或其简化的方程。这又是一层简化。

我个人觉得，数值方法求解NS方程是唯一可行的方法。只有在极其有限的几种情况下进行近似以后才能求得NS方程的理论解，这样的机会显然不多。因此Fluent是比绝大多数理论解更精确的首选研究方法。

原帖由 通流 于 2011-1-20 15:52 发表
目前的水平，只能在很窄的范围内，CFD能够提供可靠的结果。剩下的，这要靠我们一个一个的单独判断。

在定性的研究单个参数变化趋势时，理论公式比Fluent方便，但变量非常多时，人脑来判断纷繁复杂的理论解显然缺乏优势，这时Fluent能快速给出精确的比较效果。所以，在绝大部分领域，Fluent方法不需要一个一个的单独判断。我认为Fluent超过目前的全球大部分流体科学家！(最后这一句是为了吸引眼球而使用的语言，请当事人谅解)

[ 本帖最后由 uesoft 于 2011-1-21 15:38 编辑 ]

invader

原帖由 uesoft 于 2011-1-21 03:11 发表

                               
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我认为Fluent超过目前的大部分中国流体科学家！(最后这一句是为了吸引眼球而使用的语言，请当事人谅解

貌似不是吸引眼球的问题，你这个“大部分”我支持

invader

原帖由 通流 于 2011-1-20 07:52 发表

                               
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可能是我比较孤陋寡闻吧，确实从没有听说过V&V。

LZ说的东西有点层次太高，让人很难抓住任何具体的东西。对于绝大部分流体来说，NS方程是足够的。至于紊流，也就是紊流模型，则是对于NS方程的一种简化，近似。如何 ...

版主，看了你的回帖，我想到一个问题，如你所说的简化问题，可能经过大师们讨论过n久了，但是一直没给出结果，造成两派斗争一直延续，不过，进来由于大家都在务实吧，讨论竟然悄无声息了
现在CFD V&V 如果按版主所说限定在这个简化了的范围内的话，那岂不是系统内证明自己是正确的吗，这似乎不合乎定律
当然，貌似大家目前 的工作就是这样做的，在自己的系统内证明自己是正确的，所以讨论来讨论区，都说自己是对的，反过来还要结合实验去调整参数，否则除了自己信就没人再信了，

早就看到了版主提到的问题，但是一直没想明白怎样继续跟帖，CFD已然庞大到茫然发展的地步，如果就细枝末节而言来讨论正确性的问题，那么还是细细分类的好，这样总也比不讨论要强，
如此，我认为高可信CFD应当强调一下自己的工作范畴，但是如果只拿几个模型算算就算了事，那还是算了吧，众所周知的模型实用性问题是无法通过几个模型来解决的，那只能徒劳增加无谓的工作
既然是高可信，就意味着现在的东西不可信，那么是哪里不可信呢，又是怎样的不可信呢，本人才疏学浅，还请各位达人版主释惑解疑

[ 本帖最后由 invader 于 2011-1-21 03:46 编辑 ]

流星客

谈点想法：
V&V我理解是两个层次问题，一个是数学模型对物理流动的描述逼近性问题，一个是数值求解理论模型的数学逼近真知问题。在V&V的研究过程中，我觉得还是真得细细划分一下研究领域和对象。
      对不同速度范围下的流动问题，数学描述不同，相应的求解策略不同，得到的结果的精度自然不能用一个标准去衡量。因此，不同的研究群体应该有自己的v&v标准。
      对于CFD，我认为离不开工程背景。作为理论计算流体力学的研究人员，可以做出貌似完备的体系，但是到工程上完全行不通。而工程的许多问题促成了CFD的发展和不断地逼近真实流动（一定范围内），比如湍流模型，迄今尚无成熟的可压缩修正方法。湍流模型的诸多经验常数也是从典型流动实验结果中反演得到的。
      对于开展精度、准度的研究，网格是基础，我觉得更是个技术活。毫不夸张的说，大家现在提到精度对比，拼的就是网格。计算格式，时间推进，收敛准则，极值判断等问题避而不谈。而网格，并非量大就好，现在讲究低碳经济，大家做做网格收敛性准则研究，多少也是一个负责任的举动。对那些动辄千万网格的计算简单问题，一直没搞清楚水平到底体现在哪里。网格技术更是中医看病，老中医一把药治大病，讲求网格质量。我一直在关注AIAA组织的DPW活动，看看做到最后就是网格的对比，而细密的网格还要关注质量，否则解算器也适应不了折腾，最后只好降阶反而污染整体精度。
  个人之见，欢迎讨论。

通流

不同的研究群体应该有自己的v&v标准。
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是啊，目前还没有到达可以搞一个通用的标准，所以只能这么做。泛泛的讲V&V可能不会有什么结果。

遥望下一站

你好，看得出来您对CFD不确定度有很深入的了解。我最近也刚开始搞CFD不确定度，这个涉及太多的数学的东西，看得很晕。虽然老师指定让我搞这个，但我个人对这项工作的意义深表怀疑。因为就我了解的内容，这项工作的目的是给CFD软件的可信度一个评定，但对于其精度的改进看似没有帮助。而且，不确定度与误差密不可分，Roche和Stern等人对不确定度的计算公式的给出也是以误差为起点的。文献目前已经看了大约有20多天，国内公开发表的文献基本已经看遍，但大多是对国外一些规程的应用。很少有专门阐述误差与不确定度区别的文章，我觉得把二者区分清楚很重要，目前迷惑最多的也是这一点，请您指教。谢谢。

遥望下一站

同意您的观点，不确定度的研究，目前最主要的途径就是网格，分别划分几套网格进行研究

遥望下一站

为什么这个版块现在没有人留言了？提了几个问题也没人理，唉

invader

刚刚看到，呵呵，

首先要说的是误差和不确定度在您研究的范围内是如何界定的呢，也就是在您研究的领域内，您如何定义，只有一个清晰有意义的概念才能用来刻画物理事实

纠正一个问题，我认为您在20天内翻遍了几乎所有的公开发表的文献，这有点问题，我建议再继续做个深入调研，

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一般，老先生们可能对这样的问题有比较深刻的认识和理解，这样的问题，凭我们这些小辈在这里胡诌，基本都是空谈，只能理解各现象，说不出来本质的
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在问题相容的情况下，研究误差才能有点意义，这个时候，同一个问题，不同的人，采用不同的方法手段，得到的结果可能就有差别，这不像解一个稳定方程那样有明确的解析解，谁的结果都有可能正确，所以需要V&V，，这里，每个人所得到的结果都是不确定的，即误差大小不一样，左偏右偏都有可能，假如在这个真实值的邻域内的结果都是可以接受的，那么我想，这个邻域的大小就应该是那个不确定度了，那么如何用数学语言来描述万千复杂的CFD事件呢，因为没有统一理论，这个问题成了目前CFD计算结果五花八门的根源，

相信不久的将来，应该有办法将各种界限值写入软件吧，这样的计算结果才能让人信服啊

遥望下一站

谢谢您的回复。
我是江苏大学流体机械的，我们这里以泵为特色。在泵CFD不确定度领域还没有人提出过研究规程。我是根据航空航天和船舶领域内对CFD不确定度的定义来理解的。我想把ITTC的验证和确认规程拿到泵领域来用，这个规程是专门针对船舶的。您觉得这个思路可行吗？
目前看文献的过程中想到一些问题，写出来请您指点一下：
（1）目前关于CFD不确定度大家都在按着基本上同样的套路进行研究。就是划分几套网格，然后进行验证和确认。但确认就要用到实验数据。既然实验数据知道了，那这样的验证和确认还有意义吗？
（2）我认为这个研究有没有意义是要看它能不能进行精确预测，就是说对一次CFD数值计算，在不用知道实验值的情况下就能对这次计算的不确定度给出一个精确的评定。但这个与确认是矛盾的，因为确认离不开实验值。您认为它能预测吗？
  （3）确认是看是否计算了正确的数学模型，那么确认不确定度可否认为就是模型不确定度？如果是的话，可否认为在对不同对象的计算中，只要保持其他设置不变，那么各个计算的模型不确定度都是那么大？
  （4）目前大家纷纷在各自领域进行大量理论方法上重复的工作，这样做似乎没有意义。那么CFD不确定度分析最终要达到一个怎样的效果呢？是否可以认为以目前大家大量进行的工作为基础，最后可以得到一种统计规律——比如可以给出模型不确定度的变化范围——以便为以后的不确定度研究提供参考？
   （5）如果让CFD不确定度的研究具有实用意义，我觉得关键是模型不确定度的确定，也就是在不用做实验的情况下，可以很准确的给出模型不确定度，但这个目前似乎做不到。那么可以认为对产生不确定度的最主要原因的研究是缺乏数学方法的。既然如此，不确定度研究的出路是否可以认为就在于数学模型的改进？就是说大家把精力放在改进模型上更有意义！
  刚开始搞，提出的问题难免幼稚，但真诚地希望能得到您的答复。谢谢。

[ 本帖最后由 遥望下一站 于 2011-3-16 15:09 编辑 ]

遥望下一站

要想搞这样一个标准应该具备那些基本的知识呢？CFD不确定度规程的制定是不是源于不确定度原理和实验不确定度呢？请指教。谢谢

uesoft

我没用过Fluent，所以下面属于瞎说：
我认为CFD提高精度就是要拼网格，但变化大的地方网格要密，变化小的地方网格可以稀疏。如果从数量级上改变了几次网格疏密度，计算的结果还一致，就可以认为已经准确了，这比搞一个理论公式来判定确定度省事得多。
没必要搞一个理论公式来判定确定度。