【CFD模型验证与确认】01：术语

CFD的V&V（Verification and Validation，验证及确认）非常重要。因此决定分几次专题来介绍CFD仿真的V&V问题。本次主要介绍V&V中的一些专用术语。

目的是澄清意义，并指出一些术语的具体定义可能与这些术语的常用用法不同，例如，Verification与Validation在大多数英文词典中具有相同的含义，甚至在技术人员之间通常使用；然而在这里，我们关心与CFD的相关的具体技术定义。其中大多数定义直接来自AIAA G-077-1998“Guide for the Verification and Validation of Computational Fluid Dynamics Simulations”。其他定义和讨论来自参考书目中引用的其他文献。这些术语按字母顺序排列。

Calibration（校准）在CFD仿真过程中被定义为：

The process of adjusting numerical or physical modeling parameters in the computational model for the purpose of improving agreement with experimental data. (AIAA G-077-1998)

在计算模型中调整数值或物理建模参数的过程，以改善与实验数据的一致性。 （AIAA G-077-1998）

校准的目的是改善计算结果与实验结果的一致性，而不是评估计算误差及不确定性。校准来源于对复杂物理过程建模的不确定性，其主要用于调整未测量或不良特征的实验参数。

校准过程的一个典型应用是对湍流模型中的经验常数参数的调整。虽然校准过程能够提高某类问题的一致性，然而却可能会降低CFD程序的通用性。

CFD程序的Certification（认证）除了包含验证与确认 （Verification and Validation, v&v）之外，还包括文档、质量保证以及版本控制等内容。 认证过程旨在增加设计项目中使用的软件代码的可信度。“通过认证”可能意味着软件代码已经满足了一定的标准（如ISO，NASA等）。

Code(代码)通常指的是一系列计算机指令和数据输入定义的集合。 代码通常具有与验证完成级别相关的三个阶段：研究、试验及产品。产品代码应当已经针对预期的设计应用进行了充分验证，包括系统级验证。

Credibility（可靠性）。

提高可靠性被认为与客户建立信任或为其提供高质量产品同样重要。

Error（误差）定义为：

A recoqnizable deficiency in any phase or activity of modeling and simulation that is not due to lack of knowledge. (AIAA G-077-1998)

并非由于知识缺乏所造成的在建模及仿真的任何阶段的认识不足。（AIAA G-077-1998）

注：由于知识不足所造成的称之为“不确定性”。

Grid Converge（网格收敛）意味着：随着网格间距的减小，计算结果逼近某一确定值。 这里“网格间距”可以指空间间距，以及瞬态计算中的时间步长。

注：这里的网格收敛，既包含空间网格，也包含时间网格。

“迭代收敛”意味着随着离散方程的迭代求解，其计算结果逼近某一固定值。

Model（模型）定义为：

A representation of a physical system or process intended to enhance our ability to understand, predict, or control its behavior. (AIAA G-077-1998)

物理系统或物理过程的数学描述，用于增强对系统及过程的理解、预测及控制。 （AIAA G-077-1998）

CFD的概念模型由描述物理系统的数学模型数据及数学（偏微分）方程组成。 另外还包括初始和边界条件。

计算模型是实现概念模型的计算机程序或代码。 这可能是有限差分法、有限体积法、有限元法或其他类型离散化方法。 其包括算法及迭代策略。 计算模型的参数主要包括网格点数、算法输入及其他计算控制参数。

注：模型分概念模型和计算模型两种。概念模型指的是描述自然界的数学物理方程，而计算模型通常指的是概念模型经过离散后的模型。

Modeling（建模）定义为：

The process of construction or modification of a model. (AIAA G-077-1998)

模型构建或模型修改的过程。（AIAA G-007-1998）

Prediction（预测）定义为：

Use of a CFD model to foretell the state of a physical system under conditions for which the CFD model has not been validated. (AIAA G-077-1998)

在CFD模型尚未验证的条件下，利用CFD模型预测物理系统的状态。 (AIAA G-077-1998)

“预测”往往超出已经验证的模型库，并模拟的是未经测试的系统。我们常常希望能够估计预测的准确性， 然而不幸的是验证和确认过程并不能提供对“预测准确性”的估计。

注：预测通常采用内插或者外插，采用的模型都是未加验证的，在实际的操作过程中，通常利用相似的已验证的模型作为参照。

Robustness（鲁棒性）定义为：

在初始值与控制参数发生改变时，数值计算方法获得解的能力。鲁棒性通常指的是程序的容错能力。通常来讲，鲁棒性的实现常常以牺牲计算精度作为代价。

注：所谓的鲁棒性，通常可以理解为程序代码对于一些不良输入的容忍程度，比如说在很差的网格上也能获得较好的计算结果，再比如说在一些极端工况下不会出现非物理解等。

Uncertainty（不确定性）定义为：

"A potential deficiency in any phase or activity of the modeling process that is due to the lack of knowledge." (AIAA G-077-1998)

建模过程中由于知识的缺乏而造成的潜在缺陷。(AIAA G-077-1998)

注：不确定性主要针对概念模型来讲的。比如说描述多相流流动的一些经验模型。

Validation（验证）定义为：

The process of determining the degree to which a model is an accurate representation of the real world from the perspective of the intended uses of the model. (AIAA G-077-1998)

从模型预期用途的角度来确定物理模型描述真实世界的准确程度的过程

注：比如说流体力学中，确定NS方程描述流体流动现象的准确程度，这属于概念模型的验证。

Verification（确认）定义为：

The process of determining that a model implementation accurately represents the developer's conceptual description of the model and the solution to the model. (AIAA G-077-1998)

确定计算模型表达概念模型的准确程度的过程。

注：比如说计算流体力学中，确定二阶迎风离散方法描述NS方程中的对流项的准确程度，这属于计算模型的确认。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道