cfd数值模拟的系统误差反馈及其实现(4)

方程组可以发现，湍流流动的动量输运方程与层流流动的动量输运方程除了湍流扩散粘性系数与源项有差别外，其他并无差异。在假设湍流扩散粘性系数已知的情况下，完全可以采用层流的验证方法进行，即可以获得相同的误差动量输运方程及质量方程。即： Error Momentum, Turbulent =Error Momentum, Laminar +Error Source Error Momentum, Laminar =Error Convecion term +Error Diffusion term +Error Grid +Error SIMPLE Iteration 采用前述的单网格后向误差估计方法或更加高效可行的方法，对采用FVM离散了的层流控制方程，得出其误差控制方程组(包括对流项离散格式的截断误差分析)，再根据网格分布、动量边界等已知的信息获得Error Momentum, Laminar 。显然，收敛的计算结果所获得的湍流扩散粘性系数是没有任何问题；但若是在耦合湍流动能及湍流动能耗散率方程计算过程中，并未获得收敛解，则谈论其反馈的意义也就消失了。这样，问题就简化成了湍流粘性系数对湍流流动的动量输运误差方程的影响了。一种思路：将此误差因素计入下面的考核之中，及湍流模型误差之中。一种思路：在作更多的迭代计算，考虑迭代误差的影响因素，但同时需保证获得收敛解或迭代不完全的解。4.2 系统误差反馈之二：考核 复杂湍流流动的验证是很困难的，从3.2节可以发现，因为湍流粘性系数的原因，仍需湍流模型进行较核，即湍流模型的考核是必然的；另外，模型本身的不完善，

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也促使了这项内容的诞生。据流体流动的实际特征，以下三步是比需的考核项目：Step1 经典数值计算或实验模型：顶盖驱动流、封闭空腔、台阶流等考核源程序和计算思想的正确性。Step2 二维或三维混合对流数值实验，Re Case =Re Real ，Ra Case =Ra Real ，Pr Case =Pr Real 考核该数值模型的计算稳定性，以及对于高大空间或复杂流动的适应性(建议采用三套单网格系统或多重网格系统，逐步加密，以考核网格分布特性及固壁边界的流态转化)；保证网格雷诺数的相近，以实现小空间流场计算往大空间流场计算的可持续性。Step3 标准建筑环境气流室(建议参照文献[24]提出的实验数据记录格式提供)考核该数值模型在建筑环境流体计算领域的可行性，由此推广至建筑环境的其他应用。4.3 CFD计算反馈文件(Documentation) 将模型建立、计算对象、初边界条件、验证过程及结果、考核内容及分析结论整理成文(暂未考虑辐射)：F1 RANS方法建模，采用的湍流模型(零方程、一方程、两方程等)；F2 计算对象为高大空间、室内臵换通风、室外流场分布或烟气流动等；F3设臵边界条件，实验测得参数应注明仪器的精度，尤其对湍流模型的壁面边界条件、热流或物料流边界需要加以仔细说明；F4验证过程采用的验证方法、误差方程、湍流粘性系数的计算等需要详尽说明，验证得到的误差及不确定度分析需要详细说明；F5考核过程所采用的经典数值计算或实验模型及计算比较结果、三套网格

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系统下二维或三维混合对流数值实验及比较结果、标准建筑环境气流室的模拟及比较结果。需要说明的是，若F4所得结果不能令人满意(臵信度取95％，不确定度为5%)，进行第F5步是毫无意义的，也是徒劳的。由此可见，对离散方程的离散误差、尤其是对流项的截断误差分析显得极为重要，它关系到CFD数值模拟及其反馈计算的全局。需要补充的是，对于辐射的摄入，可以有两种办法，一是采用独立网格系统对辐射单独计算，然后耦合计算结果，需单独列出辐射能的误差分析方程；二是对同一套网格系统，将辐射能耦合入能量方程，不需单独列出辐射能的误差分析方程，但边界上要注意区分一般热流与净辐射得热。5参考 文献 [1] 陶文铨. 数值传热学的近代进展.科学 出版社

[2] R.W.Douglass, J.D.Ramshaw. Perspective: Future Research Directions in Computational Fluid Dynamics. Journal of Fluid Engineering, Vol116, P212-215, 1994

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