译｜CFD精度 VS. 努力

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原文名：CFD Project Accuracy vs. Effort

本文作者Lubos Pirkl为CFD SUPPORT公司总经理。

这是一个关于CFD精度水平与实现该精度水平所需要付出的努力之间关系的思考。这篇文章起始名称叫CFD at confessions（CFD自白），然而最后我还是决定改个更加正式一些的名称。我想让大家对计算流体动力学的结果有所了解，并告诉大家计算流体动力学不是一个计算器，而是它的使用者及他们的努力产生了结果。

在过去十年中，涌现了大量新的CFD代码和CFD商业模式，其中一部分原因来自于开源代码的兴起及其可用性。另一部分原因是由于工程仿真市场的发展趋势，例如大众化、软件即服务、web浏览器中的仿真以及云计算等。

被高估的CFD市场

CFD所处的CAE市场一直增长良好。计算流体动力学不再是一门学科。CFD是一门生意。哪里有生意，哪里就有竞争。在有竞争的地方，营销者总是承诺得比他们的产品所能提供的更多。如果这种情况持续时间很长，市场的整体形象就可能会被严重扭曲。我非常确定，目前CFD市场正在发生这种情况。CFD市场被大大高估了。无论是在覆盖复杂物理的能力方面，还是在用户友好性及准确性方面，将最好的东西作为标准来展示已成为常态。在浏览互联网时，它给人的印象是CFD只是一个输入模型数据输出计算结果的计算器(一个昂贵的计算器)。事实上，它是正确的，但结果的准确性是什么?或者最起码精确度是多少？

在过去的十年中，我个人参与了超过50个商业咨询项目，从工程师到项目经理，各个级别和角色都有涉及。有些项目非常成功，有些则不那么成功。尽管如此，所有的项目都有一个共同点：计算结果总是取决于所花费的努力或成本。

什么是准确性？

CFD的结果总是与物理测量(实验)值相比较。也许你知道这个古老的工程笑话：没有人相信CFD模拟值，除了制造它的人，每个人都相信测量值，除了制造它的人。CFD并不完美，物理测量也不完美。但计算流体动力学是必须追求测量结果的，而不是相反。这是我们玩的游戏，这是规则，不管我们有多喜欢它或根本不喜欢它。所以最终，计算流体动力学结果的准确性总是根据实验测量来判断的。

什么是努力？

因为每个项目都是特定的(魔鬼隐藏在细节中)，对于每个项目，CFD用户都必须做出几个特定的决定，并针对特定的质量进行解决。如今，大多数CFD工具都是稳定且自动化的。用户可以决定要深入到CFD多少，或者根本不深入。这是一个巨大的好处，同时也是一把双刃剑。我将给你们举几个例子来说明将要做出的决定以及它对结果准确性的影响。

例1：让我们考虑一个简单的外部空气动力学模拟一个暴露在流体流动中的物体，静止的网格，单相，不可压缩流动，没有辐射，没有传热。模拟目标是获取流体流动作用于物体上的总力。在第一个例子中，用户选择了一些高度自动化的CFD工具，典型的决策有：仿真计算域、网格大小、时间管理、平均流动边界条件、流体特性和仿真核心的数量。这些只是需要解决的六个问题。这样一个简单的模拟很容易设置，但最终的精度水平将在20%左右。一次模拟运行就足够了。

例2：与例1相同的情况。但这次的目标是精度水平(带宽)10%。这一次用户要解决的问题包括：域大小、模型粗糙度、网格大小、网格细化、膨胀层、时间管理、基本边界条件、流体性质、湍流方法、收敛准则、核心数量、平均方法、评估公式。这是10多个需要解决的问题。这很可能达到10%的准确率。需要进行一些模拟测试。

例3：相同的情况。但这次的目标是精度范围2%。这次用户解决计算域大小、模型组件、粗糙度模型、网格尺寸、网格细化、通货膨胀层、y+、网格依赖、时间管理、完全求解的边界信息、所有物理量的初始条件、流体性质、牛顿液体、气蚀、扰动方法、湍流模型、湍流模型系数、壁面处理、墙壁粗糙度、松弛因、,时间步、读写控制、空间数值格式、时间数值格式、限制器、线性求解器设置、收敛准则、核数、平均方法、评价量、评价公式、报告单元、探测器位置、效率接口。有30多个问题需要解决。这应该足以满足2%的准确率水平。需要进行多次模拟运行.

CFD不是一个计算器

我们可以继续用其他更复杂的例子，但我确信我刚才说的是显而易见的。计算流体动力学不是一个计算器。或者至少它不是一个经典的计算器。用经典的计算器，你输入准确的数据，然后得到准确的数据。对于计算流体动力学，我们从不强加准确的，正确的数据，因为它们并不完全被知道。而且，所有的CFD方法都只是对自然规律的某种近似，其复杂性几乎是无限的。这意味着在计算流体动力学中，总是会有很多不确定性。这是个坏消息。

专注、技能、经验、耐心

好消息是，如果我们明白结果是由人创造的，而不是由代码创造的，我们仍然可以获得非常精确的结果和方法(通过我们自己或者外包)。CFD代码只是工具。这就是为什么每一个成功的CFD项目都是专注、技能、经验、耐心和奉献的结果。

我希望我们所有人都能在有限的时间(努力)内完成许多成功的项目，并以我最喜欢的绘制蜘蛛侠的YouTube视频作为结尾。也许它会让你想起过去看过的一些项目。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道