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1、數(shù)值模擬結(jié)果的驗證、確認(rèn)及可信度研究康順華北電力大學(xué)（北京）動力工程系2005－11－42005年中國工程熱物理學(xué)會年會熱機氣動熱力學(xué)暨流體機械分會1內(nèi)容?引言?歷史簡述?誤差分類?部分定義?驗證和確認(rèn)的方法?結(jié)束語2005－11－42005年中國工程熱物理學(xué)會年會熱機氣動熱力學(xué)暨流體機械分會2引言?自從上世紀(jì)60年代起，CFD開始在工業(yè)中應(yīng)用。–起初只用作對風(fēng)洞或飛行實驗的補充、要求定性的解–當(dāng)今被用于工業(yè)設(shè)計的全過程、要求定量的解和流形的優(yōu)化設(shè)計。?CFD技術(shù)已成為工業(yè)實際產(chǎn)品的性能分析及優(yōu)化設(shè)計
2、不可缺少的工具。?由于數(shù)學(xué)或數(shù)值近似的影響、計算機能力的限制、以及人們?nèi)狈ξ锢矶傻娜胬斫獾?，使得在?shù)值結(jié)果中必然會存在各種誤差。–愛因斯坦曾經(jīng)簡捷地陳述數(shù)值不確定性：“Asfarasthelawsofmathematicsrefertoreality,theyarenotcertain,andasfarastheyarecertain,theydonotrefertoreality”?數(shù)值分析常被用于產(chǎn)品研發(fā)的初級階段。如果數(shù)值結(jié)果不準(zhǔn)確或誤導(dǎo)，或者數(shù)值結(jié)果的誤差和不確定性不能得到正確的估計，基
3、于此結(jié)果設(shè)計出的產(chǎn)品可能會帶來災(zāi)難性的后果。?為了在工程問題設(shè)計和分析中有效地使用模擬工具，該工具的使用者需要清楚地知道所模擬問題的精度水平。不幸的是，現(xiàn)在很少有人進(jìn)行數(shù)值模擬結(jié)果的誤差評估。?工程師們不得不關(guān)心計算結(jié)果的可信度、或者說數(shù)值誤差和不確定性的量值或區(qū)間。?常常提出有關(guān)CFD的質(zhì)量保證以及誤差和不確定性估計等問題。?CFD軟件的研發(fā)者、應(yīng)用CFD軟件的分析人員、以及基于CFD結(jié)果做出某種決定的人都面對一個問題：如何嚴(yán)格地評估數(shù)值模擬結(jié)果的可信性？2005－11－42005年中國工程熱物理學(xué)
4、會年會熱機氣動熱力學(xué)暨流體機械分會3歷史簡述?雖然數(shù)值誤差在上世紀(jì)初就由LewisFryRichardson提出，但直到1946年隨著現(xiàn)代計算機的發(fā)展和應(yīng)用才取得了實質(zhì)性進(jìn)步。?第一次公開提出數(shù)值不確定性是由Kline等在1968年的StanfordOlympics期間。此次會議討論早期的CFD軟件和湍流模型對邊界層流動預(yù)估的能力。?第一次在期刊編輯方針中提出數(shù)值精度控制的是ASMEJ.ofFluidEng.Mech.(Roache等，1986）–Thejournalwould“notacceptfo
5、rpublicationanypaperreportingthenumericalsolutionofafluidengineeringproblemthatfailstoaddressthetaskofsystematictruncationerrorandaccuracyestimation”?1988年ASME的流體工程部門成立了關(guān)于CFD的協(xié)調(diào)小組，以促進(jìn)和發(fā)展驗證、確認(rèn)和不確定性估計的指南、程序和方法。見（Freitas，1993，1994，1995），后來許多期刊都采用這些方針，比如199
6、4年，AIAA的J.ofNumericalMethodsinFluids。?1998年AIAA的CFD標(biāo)準(zhǔn)委員會分布了：GuideforVerificationandValidationofComputationalFluidDynamicsSimulation(AIAAG-077-1998)?這些工作得到美國國防部和能源部的大力資助。2005－11－42005年中國工程熱物理學(xué)會年會熱機氣動熱力學(xué)暨流體機械分會4歷史簡述?與此同時，在歐盟的資助和組織下，歐洲也做了許多工作。如:–ERCOFTAC:o
7、nCFDQualityandTrust–QNET-CFD:ThematicNetworkonQ&T–FLOWNET:Collectionofdataforvalidationtestcases–ECORA:Q&TforCFDinthenuclearindustry?我國第六三一研究所，也已于近年開始了這方面的研究工作，并已在外流問題數(shù)據(jù)庫建立等方面取得可喜的結(jié)果。?我校這方面的工作剛剛開始，但主要真對旋轉(zhuǎn)機械內(nèi)流問題。2005－11－42005年中國工程熱物理學(xué)會年會熱機氣動熱力學(xué)暨流體機械分會5誤差
8、分類：基本方程?求解流體力學(xué)問題有三種工程方法：–解析法?理論流體動力學(xué)–實驗法?實驗流體動力學(xué)–模擬法?計算流體動力學(xué)?所有的流體力學(xué)問題都要物理學(xué)定律所支配，–比如質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律和能力守恒定律等。?對于非定常流動，這些物理學(xué)定律形成了初邊值問題–IBVP：InitialandBoundaryValueProblem?對于定常流動則形成了邊值問題–BVP：BoundaryValueProblem。2005－11－42005年中國工程熱物理學(xué)
