框定、拆分、观察三步识别误差
Samuel Buri， Parasol, 1964
在仿真这个行业，算出结果只是入门水平。看一个人是不是高手，就看他在给出结果的时候，能不能判断误差有多大？仿真就是“模仿”“真实”，既然仿真不是真实，就有误差。有误差不可怕，设计员会包容误差。比如，你计算的重量是1吨，偏差是10%。设计员会按照0.9吨到1.1吨的范围设计，虽然会牺牲一些性能，但是可以预防误差带来的风险。如果你过度乐观，估计的误差偏小。告诉设计员，误差只有1%。设计员按照0.99到1.01吨的范围设计。如果真实重量是1.1吨，产品太重掉下来了。如果你过度保守，估计的误差偏大。告诉设计员，误差是50%。设计员按照0.5吨到1.5吨范围设计。虽然产品不会因为太重掉下来，但是会因为又笨又贵而被淘汰。是不是有人写仿真软件的时候，告诉你误差接近零，以便把软件卖给你；交仿真结果的时候，又会告诉你误差很大，他不用承担仿真不准确的风险，带来产品又笨又贵的后果，又找不到他的麻烦。如果你能准确预估误差范围，让设计员在合理的范围里做设计，也能降低风险、提升性能。预估误差范围是做仿真的顶级能力，可不是刚毕业的博士的理论分析。比如，你买一颗白菜，菜贩子告诉你是2斤重。请你判断一下，误差是多少。理论告诉你，菜贩子用的电子称，它的标准误差是千分之一，这颗白菜的重量误差不超过0.01两。真相是，白菜在搬运时候会掉泥土、掉菜帮子、还会蒸发水分，等这颗白菜拿回家，重量可能少3两。再加上电子称可能被做了手脚，重量可能少了5两。某仿真算例：理论公式的误差只有千分之一，但是你的误差高达百分之十。因为你的产品不是教科书中没有厚度的平板、绝对光滑的圆柱。产品是不平整的平板，长了角的圆柱，使用环境的速度不均匀，温度不确定……。这才是真相，产品里有无数个教科书上不谈，文献中讲不明白的干扰，一起带来你做梦也想不到的误差。如何界定清楚产品的仿真误差，给出合理的误差范围。这里有从大到小、由面及里的三步法：
请你开始做仿真的时候，不要沉醉于，湍流模型a和湍流模型b之间细微的差异。咱们不妨粗暴一点，不管这一百种模型的差异，先对比有、无的区别。只做两个算例，一个是湍流状态，一个是层流状态（无湍流）。有、无之间的差异就是不同湍流模型之间差异的外边界。湍流模型之间有差异，但是模型之间的差异只有百分之几，远远小于湍流比层流增加的几十倍摩擦阻力。吃馒头还是米饭之间的差异，只不过是多吃一口和少吃一口，远远小于有没有饭吃的差异。如果你很幸运，发现误差的边界已经在可以接受的范围。恭喜你，找误差的任务提前完成了。
用很少的时间，圈定误差的最大范围。帮助你在混乱的干扰中，迅速抓住第一条线索。框定边界，只给你圈定了整体的边界，有个合理的标尺。要搞清楚误差，还要拆分产品，定位误差的具体 位置。比如一架飞机，你可以分为头部、中部、尾部、翼、舵、发动机。分别列出每个部位的阻力。于是你清楚地看到，哪些部位产生的阻力最多。再把这些重要部位的阻力拆分为：摩擦阻力、压差阻力。一般情况仿真中摩擦阻力的误差偏大。先把产品拆分为几个有特点的部位，再把部位上的阻力拆分为两种来源。你就可以定位误差的来源了。从整个产品中定位到误差的来源，还不够，还要知道误差的原因。好比你知道嫌疑犯在哪个小区，还不够，你还要抓住他，找到凶器，获得口供，才可以定罪。在误差来源部位，收集所有的信息。虽然你只是找阻力的误差。你却要把速度、压力、涡量、网格尺度……的数据都调出来。你要分析边界层发展过程，查询模型精准程度。看明白所有的数据，分析完所有的现象。如果你看明白了，误差在什么位置、受什么因素影响、如何产生的。你终于可以给出靠谱的误差范围，完成了任务。如果你还看不明白误差，就在这块区域、针对一个因素，从第一步“框定”做起，启动新的循环。遵循从大到小，由面及里的原则，你就不会被产品的细节缠住。循环框定、拆分、观察这三步，用最小的成本，抓住最主要的因素。
博士
|
教师
探讨CFD职场生活，闲谈CFD里外
获赞 2566粉丝 11300文章 734课程 27
