首页/文章/ 详情

关于测试与仿真结果偏差的随笔

10天前浏览161

随性写点自己近期项目的感触。


做仿真,一个必然要面临的问题就是:这结果准不准?

仿真准确性问题不可能简单说准或者不准,更不可能毫无根据的承诺仿真一定可以把误差控制在XX比例之内。说这种话的,一般要不就是不懂行,要不就是为了签单瞎吹。

评价仿真准确性,通常都是和实测结果对标后评估。怎么做准仿真,怎么和实测更接近甚至和产品使用场景更接近,是仿真工程师必然要面对的关键问题。


仿真准确性,包括三个方面:模型可信度、离散精度、结果准确度。模型可信度指仿真模型和物理实际的差异,主要指模型设置是否合理,简化假设的应用是否正确。离散精度指网格密度是否足够,网格单元质量是否优良。结果准确度指求解器数值计算结果是否准确,市场主流求解器可默认结果准确度足够好,不应该成为仿真准确性的主要影响因素。

上述三个方面共同决定了仿真结果是否具备可参考性,是否和实际较为接近。


关于提升仿真准确性的几点思考

1 了解测试方法

既然要对标要评估结果误差,保证仿真和测试的工况一致性应该是最基本的要求。仿真和测试结果若存在很明显的不一致,甚至分布趋势都不相同,极有可能仿真和测试工况之间存在较大的差异。此类情况必须花时间精力亲自去现场去一线了解测试方法,在办公室对着测试结果空想怎么修改仿真模型使仿真结果靠近测试数据属于事倍功半。

需要深入了解测试的方法步骤,才能系统性思考仿真和实测之间存在的差异点,考虑可能造成差异的影响因素。


2 了解自己仿真的设置,有理有据

仿真过程涉及的各种模型设置、简化方法等,必然需要回答为什么要这样做,依据在哪里,是否适用的问题。因为这些问题直接决定了仿真模型的建模合理性,仿真模型是否和真实情况充分接近。不合理的建模,其仿真结果必然毫无参考价值。材料参数、边界条件等部分会涉及各种不确定性,甚至某些必要数据难以实测,导致仿真和实测之间的差异。

在仿真中,必须要对建模过程深入理解,细致考虑,才能有理有据的说明仿真结果的合理性。即使需要对标修改,也能够清楚需要修改的方向。

很多问题可行的建模方法不止一种,需要对多种仿真方案对比从而加深理解。


3 硬件算力足够支撑大计算模型

所有仿真,算力是基础。

网格数量直接决定了仿真结果的准确性,也决定了需要的硬件条件。

各种模型简化方法,本质上就是因为算力不足以支撑精细化建模,因此通过较简单的数学关系式进行近似代替。若有足够多的算力支撑精细化建模,则很多因为算力限制进行的操作则不再必要,如不需要过度简化几何特征以方便网格划分。模型设置也可以使用算力需求大但是结果更准确的方法。


4 合理预期

仿真准确性和物理机理复杂度是强相关的。物理机理越复杂,不确定性越多,则仿真的准确性越差。

某些复杂问题甚至需要大量使用经验公式,理论认知较为薄弱。此类问题不宜在和实测对标问题上进行过多纠结,主要需要考虑的问题是分布趋势等大方向正确的问题上使仿真结果具备可参考性。


以近期的热处理烤炉设备气流仿真项目举例说明

此烤炉利用内循环风机使炉膛内部多个工件的温度尽可能均匀化。初期和客户方沟通后,做纯气流仿真,通过气流的均匀性间接推断温度分布的均匀性。

气流仿真结果和实测结果,无论风速数值还是速度分布规律均差异较大。

针对结果差异沟通的几个问题:

1 设备内部的多孔板简化为平面多孔介质是否合适?多孔介质的阻力特性参数是否正确?

2 设备排风口有阀门,是否需要考虑阀门开度的影响?

3 设备进风口的气流温度是否为室温?气体流量是否为定值?


多孔板简化问题,分析保留多孔板真实几何形状和简化为多孔介质两种建模方法的网格数量差异后,认为有必要将多孔板简化为多孔介质,否则网格数量太多难以进行。多孔介质的阻力特性参数问题,基于参考资料上对于常见多孔板的阻力特性经验公式说明了参数的正确性。

入风口边界条件设置问题,确认入风口通过阀门保持恒定流量,测试时已停机较长时间,可认为是室温状态。由此可认为,出风口的阀门开度仅影响入风口到出风口的压力差,并不影响入风口流量,对于设备本身的分析并无影响,无需考虑。


前往客户车间了解测试方法,发现测试和仿真工况并不一致。仿真工况为炉门关闭,内部有多个工件;测试工况为炉门开启,内部无工件。风速的测试受制于测试条件,需要开启炉门后,测试员使用手持式测风仪在炉膛内测量风速,无法直接布置内部传感器,在炉门关闭后测量风速。

鉴于此,两者结果无法直接进行对比,且无法通过修改多孔介质参数、入风口流量等方法使仿真结果趋近于实测结果。

仿真中炉膛转角区域气流速度慢且存在漩涡,由此可推测炉膛转角区域应该升温较慢。此结论和炉门关闭后热电偶的温升测试数据结果一致,从而验证了仿真的准确性。


来源:驭风之道
多孔介质理论材料控制
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-02-09
最近编辑:10天前
驭风之道
硕士 | ANSYS流体技术... 签名征集中
获赞 83粉丝 147文章 76课程 3
点赞
收藏
作者推荐

免费 5.0
未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习计划 福利任务
下载APP
联系我们
帮助与反馈