感謝湍流模型救了我們

在CFD流體仿真界有一個知名的高大上的難題"湍流模型",公認湍流模型的準確性限制了仿真水平發展。因此有一句特別通用的話,"湍流模型不準確,所以仿真結果不可靠"。言下之意,湍流模型這種世界難題還沒有解決,我算錯了理所應當。我不覺得100%的人很痛恨湍流模型,相反,個別人最要感謝的就是湍流模型了,因為任何場合都可以微笑地說,"都是湍流模型惹的禍"。

湍流模型故事

我做了一個水洞中的實驗,拜托某知名高校的知名流體教授仿真流動。半年后他們告訴我仿真取得的阻力比實驗測量值大了一倍。我很納悶啊,這只是一個棍子外形的模型,仿真半點困難也沒有啊。后來聽了一個高大上的匯報,他們對比了網格從幾百萬到幾千萬,湍流模型從兩方程模型到大渦模擬(如果我事先沒有攔著,他們可以調用超級計算機做直接數值模擬)。有趣的是無論模型做任何變化,阻力的變化范圍沒有超過20%,都比實驗測量的阻力大一倍左右,他們的結論:沒有足夠好的湍流模型。

我看到仿真模型的外形,才發現仿真的尾部竟然沒有支桿。我忍不住問,"請問你們從來沒有想到,在水洞里必須要有個支桿支著實驗件嗎?這個支桿在尾部又很粗,阻力主要由尾部產生,有了支桿尾部阻力變小,實驗測量的阻力自然小多了"。然后皆大歡喜,他們將支桿加入仿真,仿真結果與實驗測量結果很接近。(差點讓湍流模型背了黑鍋)

黃金避難法

我要傳授一條黃金避難法,你的研究結果如果被發現有錯誤,不用歸罪于自己,要歸罪于大自然,"哎呀,大自然的現象太復雜!國際上都沒有完全解決啊!我再次證明這么復雜的研究必須多投錢啊,否則無法取得正確結果"。這就是從失敗走向掙錢的秘訣。當然最好利用的就是大自然無比復雜的湍流和它的湍流模型。

什么時候湍流模型才是重要的

這里我要是堅持講湍流模型不重要,有丟了小命的可能,多少博士用它畢了業,多少國家基金靠它支撐經費盤子,多少失敗的仿真用它將責任推給了復雜的大自然。但是我希望你好好問問自己,你的算例真的只有湍流模型在搗亂嗎?

有兩種情況湍流模型才是真正重要的:

1、簡單的案例,仿真結果已經與準確值比較接近。例如平板流動,這么經典的流動,仿真可以八九不離十,湍流模型上的差異就是最大的誤差來源。

2、湍流是最重要的因素,湍流是否準確模擬直接決定仿真是否準確。例如分離流,湍流常常可以決定是否有分離產生以及分離的強度。

以下狀態就不要糾結湍流模型了:

1、誤差超過了50%。(湍流模型一般沒有這么大禍害)

2、湍流與層流狀態的差異都可以接受。

問題來了,如何判斷對于具體算例湍流模型是否重要?

用極限狀態:湍流和層流狀態考核。如果這兩個極端狀態之間的差異你都可以接受,那么用什么湍流模型還值得糾結么?

有人說不對,湍流模型之間有很大的差別不能忽略。這好比鞋子之間有很大的差別,如果光腳和穿鞋都沒有差別了,你的腳還介意鞋子之間的差別嗎?

好的湍流模型

經濟實惠。滿足要求,最節約成本的模型(消耗合理的時間、內存滿足基本精度要求)。

謝謝,不用你花我的錢來告訴我,魚翅泡飯是最好吃的飯,我只想知道我用10塊錢該買什么飯。

好湍流模型的最重要指標,不是精度而是成本。希望以后你對比不同湍流模型一定列出它們所需要的成本。

沒有價格的對比,取勝的永遠是魚翅泡飯。沒有成本的對比,最好的湍流模型一定是消耗最多時間和內存的模型。

總結

我不是個壞人,不想剝奪這個高大上的遮羞布。我只想說,人都是苦蟲,有了這塊遮羞布不用責怪自己,難免失去深入研究的動力,喪失真正的進步機會。

除了流體界,各種遮羞布比比皆是,例如:"年齡大了學不會","沒有經驗所以錯了","大環境不好我努力沒有用","老師不好所以沒學好","大家都說很困難可以做壞" ......

不排除有時候是真實的,但是你確定每次都對嗎?