数值模拟结果的验证与可信度评估

"这篇文档是关于数值模拟结果的验证、确认和可信度的研究，主要针对CFD（计算流体动力学）在工程设计中的应用。报告由华北电力大学动力工程系的康顺在2005年中国工程热物理学会年会上发表。文中提到，随着CFD技术的发展，它已从辅助实验的角色转变为设计过程的关键部分，但同时也带来了对结果准确性、可信度和误差评估的需求。" 数值模拟是利用数学模型和计算机技术来模拟实际物理现象的过程，尤其在工程领域中广泛应用于预测流体流动、传热、燃烧等问题。验证是指比较模拟结果与实验数据，以确保模型正确地捕获了物理现象的基本特征。确认则涉及检验模型在不同条件下的通用性和适用性。可信度评估旨在量化数值模拟的不确定性，这对于依赖模拟结果做决策的工程师来说至关重要。 文章介绍了误差的分类，包括数学近似误差、数值方法误差、边界条件误差以及模型简化误差等。这些误差源自数学模型的构建、数值求解方法的选择以及对实际问题的抽象处理。爱因斯坦的引用指出，数学模型与现实之间的关系存在固有的不确定性。 自20世纪60年代以来，尽管数值分析已经发展了很多，但对模拟结果的误差评估并没有得到应有的重视。这导致了工程师在基于数值结果进行设计时面临潜在的风险。因此，报告提出了对CFD质量保证的关注，以及如何系统地评估和量化数值模拟的误差和不确定性。 历史上，数值不确定性概念的引入可以追溯到20世纪中叶，随着计算机科学的进步而逐步发展。Kline等人在1968年的Stanford Olympics上首次公开讨论了这一主题，开启了对数值模拟可靠性的深入研究。 报告的内容还包括对验证和确认方法的探讨，尽管这部分没有详细展开，但可以理解为包括了对比实验数据、敏感性分析、多解比较和不确定性量化等多种方法。这些方法旨在提供一个全面的框架，以确定数值模拟在特定应用中的适用性和准确性。 数值模拟的验证、确认和可信度评估是确保工程设计基于可靠数据的关键步骤，对于提升CFD技术在工业实践中的信任度和影响力具有重要意义。这一领域的研究和实践对于提高工程产品的性能和安全性至关重要。