关于数字风洞的几个认识误区

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/05/03 05:11:55
我认为一些人在对数字风洞的认识上存在误区,这里简单谈一下:
一是认为数字风洞的模拟程度没有物理风洞精确,这其实是和数字风洞的计算能力有直接关系,之所以到现在数字风洞还没有取代物理风洞,其实就是因为数字风洞的计算性能还不足以模拟大气的各种情况(还包括被实验对象的各种数据的模拟),但是数字风洞的在实验中所占的比例在不断提升,取代物理风洞是早晚的事。
而模拟的是否可以替代实际情况其实仍然是计算能力问题,越充分地考虑试验中的所有因子并加以运算,模拟的精度就会越高,当精度达到一定程度后,就可以完全取代物理风洞了。也就是在计算机中表现出怎样的情况,在实际中就会表现出怎样的情况(这在理论上不存在无法达到的因素,例如欧美就有很多汽车生产厂取消了传统的物理碰撞实验改用数字碰撞实验来取代,因为数字碰撞实验已经足够精确)。

二是认为建立数字风洞必须要有物理风洞的建设或使用经验
我不知道这种观点是如何得来的,物理风洞本身也是一种模拟设备,而力学发展到今天,已经掌握了不同物质(如空气、金属等)在不同温度,不同速度下的变化规律,并拥有充分论证的理论数据,数字风洞正是基于这些理论数据来工作的(事实上,其中很多变化规律本身就是通过数字计算论证的),因此其精度比物理风洞反而更高,并且,物理风洞在实验精度上的固有的三大缺陷:边界效应、支架干扰、相似原则无法满足,在数字风洞上都不存在。而在实验周期、实验成本及实验灵活度上,物理风洞也远远不如数字风洞。
拥有物理风洞的国家,在建设数字风洞时,可以将两者的实验数据互为论证,从而减少数字风洞在开发中可能遇到的错误,但物理风洞的建设和使用经验并不是建设数字风洞的必要条件。我认为一些人在对数字风洞的认识上存在误区,这里简单谈一下:
一是认为数字风洞的模拟程度没有物理风洞精确,这其实是和数字风洞的计算能力有直接关系,之所以到现在数字风洞还没有取代物理风洞,其实就是因为数字风洞的计算性能还不足以模拟大气的各种情况(还包括被实验对象的各种数据的模拟),但是数字风洞的在实验中所占的比例在不断提升,取代物理风洞是早晚的事。
而模拟的是否可以替代实际情况其实仍然是计算能力问题,越充分地考虑试验中的所有因子并加以运算,模拟的精度就会越高,当精度达到一定程度后,就可以完全取代物理风洞了。也就是在计算机中表现出怎样的情况,在实际中就会表现出怎样的情况(这在理论上不存在无法达到的因素,例如欧美就有很多汽车生产厂取消了传统的物理碰撞实验改用数字碰撞实验来取代,因为数字碰撞实验已经足够精确)。

二是认为建立数字风洞必须要有物理风洞的建设或使用经验
我不知道这种观点是如何得来的,物理风洞本身也是一种模拟设备,而力学发展到今天,已经掌握了不同物质(如空气、金属等)在不同温度,不同速度下的变化规律,并拥有充分论证的理论数据,数字风洞正是基于这些理论数据来工作的(事实上,其中很多变化规律本身就是通过数字计算论证的),因此其精度比物理风洞反而更高,并且,物理风洞在实验精度上的固有的三大缺陷:边界效应、支架干扰、相似原则无法满足,在数字风洞上都不存在。而在实验周期、实验成本及实验灵活度上,物理风洞也远远不如数字风洞。
拥有物理风洞的国家,在建设数字风洞时,可以将两者的实验数据互为论证,从而减少数字风洞在开发中可能遇到的错误,但物理风洞的建设和使用经验并不是建设数字风洞的必要条件。
“力学发展到今天,已经掌握了不同物质(如空气、金属等)在不同温度,不同速度下的变化规律,并拥有充分论证的理论数据”
现在力学中得到的这些规律对不对还不是得靠实验验证,很多问题理论上能不能求解甚至有没有解都还搞不清,比如N-S方程
实验是不可或缺的
,但物理风洞的建设和使用经验并不是建设数字风洞的必要条件。


但是物理风洞得到的实验数据却是建设数字风洞的必要条件。

女性生孩子的经验不是做父亲的必要条件。
但是没有女性就没有孩子
力学发展到今天,已经掌握了不同物质(如空气、金属等)在不同温度,不同速度下的变化规律,并拥有充分论证的理论数据”


给这句话跪了。。。。要是掌握的  学流体那帮人都卖茶叶蛋吧。。。。

在设计飞机时数字风洞的任务是辅助物理风洞 最后定型还是物理风洞吹出来的实际结果
流体力学理论如此成熟了?
汽车碰撞试验用计算机仿真代替是由于对于结构力学,人们已经认识的比较清楚了,各种计算方法能够达到要求,同时各种固体材料的力学特点可以通过试验得到比较精确的描述。但流体问题不能等同于结构力学问题,流体天生就是比固体更难捉摸,低温、常温、高温、低速、高速各种不同的情况下表现的不同性质。流体力学的边界问题比结构力学的边界也更加复杂。更何况,流体的流动模型理论到现在位置就还不成熟,楼上说的对N-S方程就是其中最关键的问题。到如今湍流在超高速流动中的脉动问题的实质根本就没有搞清楚过,可见,用CFD数值计算替代试验至少在现在还不太现实
碗中草 发表于 2012-5-29 22:50
汽车碰撞试验用计算机仿真代替是由于对于结构力学,人们已经认识的比较清楚了,各种计算方法能够达到要求, ...
结构的疲劳可靠性和震动还不算成熟吧。。。
我倒想请问楼主哪个汽车公司敢不用真车做碰撞试验的。
只要你关注的问题是高度非线性的问题,甭管流体还是固体,数值模拟就站远点吧!
Dream_Angel 发表于 2012-5-29 22:41
力学发展到今天,已经掌握了不同物质(如空气、金属等)在不同温度,不同速度下的变化规律,并拥有充分论证 ...
顶一下,看来哪门学科,都有一样的问题啊。因素考虑一多,变量就会太多,非线性程度就变得没法想的高,问题就没法求解了。
别看现在科技这么发达,但“不同物质(如空气、金属等)在不同温度,不同速度下的变化规律”地球人可能还远未掌握啊。。。
楼主严重高估了人类建模水平和计算机能耐。
代表N-S方程和湍流给楼主跪了……
楼主知道否,人类目前连水这么简单的东西都拿不出来个精确模型,水的十几种基本物理量比如密度啊,可压缩度啊,介电系数啊,目前的各种模型基本是凑上了这个量那个量又悲剧了⋯⋯
人类要走的路还长呢。。。
边使用边修改吧
计算数学预备役彩笔给楼猪跪了。。。求别tm黑了行么。。。


楼主对计算机模拟的可行性我认同,但对现实风洞的必要性认识不够

因为现实的空气流体性质是母本,而计算机模拟要靠提炼出来的母本规律,模拟本身是否忠实完整的反映了母本性质,是需要反复对比现实去修正完善的,只有完整忠实的规律才是进行风洞模拟的正确钥匙。

这个过程,显然风洞是不可或缺的认识、研究、验证的手段,是为模拟制作正确钥匙的必要环节和支持。

当这个钥匙在现实风洞的各种要点验证中,模拟结果均符合了现实,才是可以成立的

楼主对计算机模拟的可行性我认同,但对现实风洞的必要性认识不够

因为现实的空气流体性质是母本,而计算机模拟要靠提炼出来的母本规律,模拟本身是否忠实完整的反映了母本性质,是需要反复对比现实去修正完善的,只有完整忠实的规律才是进行风洞模拟的正确钥匙。

这个过程,显然风洞是不可或缺的认识、研究、验证的手段,是为模拟制作正确钥匙的必要环节和支持。

当这个钥匙在现实风洞的各种要点验证中,模拟结果均符合了现实,才是可以成立的
首先高速情况下的非线性特征模拟的可靠性不高,其次,多种物理现象的拟合仿真也是一直有障碍的。比如流体和固体的相互作用等等。做过仿真你就知道了那些结果只是大概。固体力学的线性理论已经很成熟了,但是其他的都还有发展空间。


数值模拟的什么精度其实都是相对的,做风洞实验照样有不确定度的问题。工程上往往也不需要达到多么精确的数字,要的都是相对的比较结果。

数值模拟的最大缺陷其实是有时不收敛,花了很多工夫,最后什么结果都得不到, 或者结果不合常理完全错误。而做风洞的,不管实验工作多么毛糙,吹了风结果数据总是有的。

数值模拟的什么精度其实都是相对的,做风洞实验照样有不确定度的问题。工程上往往也不需要达到多么精确的数字,要的都是相对的比较结果。

数值模拟的最大缺陷其实是有时不收敛,花了很多工夫,最后什么结果都得不到, 或者结果不合常理完全错误。而做风洞的,不管实验工作多么毛糙,吹了风结果数据总是有的。
楼主这不懂装懂的,自己有误区还觉得别人错,你说的那俩“误区”都是实际情况
拍脑袋想当然的就来发帖了
F1里面曾经有个车队想要用CFD完全代替风洞来设计赛车,结果悲剧了。
Dream_Angel 发表于 2012-5-29 22:58
结构的疲劳可靠性和震动还不算成熟吧。。。
这种汽车的低速碰撞,导致结构变形什么的还是相对比较成熟的。结构的疲劳是个长期作用的累积效果,这个破坏机理还是不太成熟的。结构振动与结构本身的情况和激励源有关,一般的比较好的有限元的结构分析程序都能达到比较好的分析精度。
F1里面曾经有个车队想要用CFD完全代替风洞来设计赛车,结果悲剧了。
求详情……
我觉得楼主对数字风洞有认识误区,脱离了目前人类实际能力。就目前而言,数字风洞代替不了物理风洞,但不否认未来等什么量子计算机出现,什么质子光临地球、人类进行恒星际旅行时,那时可以考虑数字风洞代替物理风洞。
asp1986 发表于 2012-5-30 08:46
F1里面曾经有个车队想要用CFD完全代替风洞来设计赛车,结果悲剧了。
好像是法拉利,当时是迫不得已,风洞设备坏掉了,只能用软件模拟来调整赛车,结果当然杯具了。
好像是法拉利,当时是迫不得已,风洞设备坏掉了,只能用软件模拟来调整赛车,结果当然杯具了。
当初fia还为了公平,限制各车队的风洞试验时间,结果还是小车队倒霉。。。。
我用键盘给楼主发诺贝尔物理奖!!

学发展到今天,已经掌握了不同物质(如空气、金属等)在不同温度,不同速度下的变化规律,并拥有充分论证的理论数据

真心给楼主跪了。
算了吧,湍流模型不讲就来科普CFD?
乐观地说也许有一天数字风洞可以完全替代物理风洞吧,但是当前的瓶颈并不仅仅是计算能力不足,流体的物理原理距离完全摸透还很远呢。楼主的前提就错了。
数字风洞对已知的已知和未知的已知都有些作用,对已知的未知和未知的未知作用几乎没有。
物理风洞自豪的说:一直被模仿,从未被超越
模拟仿真除了建立在理论基础上,还要跟在试验之后吧,毕竟工程上需要许多的简化和近似,那些参数不是算算就出来的。
完全是一个工程白
TB的数字风洞在世界上是什么地位呢?
LZ还是先去了解下“混沌现象”再来说话吧。

当大量非线性函数叠加在一起的时候,你用计算去模拟是几乎无法求得解的。

而力学发展到今天,已经掌握了不同物质(如空气、金属等)在不同温度,不同速度下的变化规律,

我觉得看到这句话,这个地球上相当部分的工程院校教授会蹦出来:哪?在哪?我要折十年寿命来换,不,二十年!

连钢筋混凝土这样的构件受力都还得在相当程度上依赖经验公式,复杂多的流体还是洗洗睡吧。
rocketxex 发表于 2012-5-30 09:02
求详情……
前两年的维珍车队。
mingleigh 发表于 2012-5-30 09:36
好像是法拉利,当时是迫不得已,风洞设备坏掉了,只能用软件模拟来调整赛车,结果当然杯具了。
这是暂时的故障,风洞数据也可能与世纪试车的数据不相符,很常见。
我指的是2010年加入的新车队维珍,当时号称要完全用CFD来设计赛车。
正在用FLUENT的给楼主跪了。我做的是水,都需要实验验证;空气作为高可压缩流体,其在各种不同条件下的性质以及湍流至今没有可靠的理论公式。所谓的各种“模型”不过是得到了实验数据以后,用各种假象的理论去套。很多参数都是没有任何理论基础的,比如k-epsilon公式里的湍流参数。