不要拿湍流模型当遮羞布——真的只是湍流算不准吗？

感谢湍流模型救了我们

在CFD流体仿真界有一个知名的高大上的难题"湍流模型",公认湍流模型的准确性限制了仿真水平发展。因此有一句特别通用的话,"湍流模型不准确,所以仿真结果不可靠"。言下之意,湍流模型这种世界难题还没有解决,我算错了理所应当。我不觉得100%的人很痛恨湍流模型,相反,个别人最要感谢的就是湍流模型了,因为任何场合都可以微笑地说,"都是湍流模型惹的祸"。

湍流模型故事

我做了一个水洞中的实验,拜托某知名高校的知名流体教授仿真流动。半年后他们告诉我仿真取得的阻力比实验测量值大了一倍。我很纳闷啊,这只是一个棍子外形的模型,仿真半点困难也没有啊。后来听了一个高大上的汇报,他们对比了网格从几百万到几千万,湍流模型从两方程模型到大涡模拟(如果我事先没有拦着,他们可以调用超级计算机做直接数值模拟)。有趣的是无论模型做任何变化,阻力的变化范围没有超过20%,都比实验测量的阻力大一倍左右,他们的结论:没有足够好的湍流模型。

我看到仿真模型的外形,才发现仿真的尾部竟然没有支杆。我忍不住问,"请问你们从来没有想到,在水洞里必须要有个支杆支着实验件吗?这个支杆在尾部又很粗,阻力主要由尾部产生,有了支杆尾部阻力变小,实验测量的阻力自然小多了"。然后皆大欢喜,他们将支杆加入仿真,仿真结果与实验测量结果很接近。(差点让湍流模型背了黑锅)

黄金避难法

我要传授一条黄金避难法,你的研究结果如果被发现有错误,不用归罪于自己,要归罪于大自然,"哎呀,大自然的现象太复杂!国际上都没有完全解决啊!我再次证明这么复杂的研究必须多投钱啊,否则无法取得正确结果"。这就是从失败走向挣钱的秘诀。当然最好利用的就是大自然无比复杂的湍流和它的湍流模型。

什么时候湍流模型才是重要的

这里我要是坚持讲湍流模型不重要,有丢了小命的可能,多少博士用它毕了业,多少国家基金靠它支撑经费盘子,多少失败的仿真用它将责任推给了复杂的大自然。但是我希望你好好问问自己,你的算例真的只有湍流模型在捣乱吗?

有两种情况湍流模型才是真正重要的:

1.简单的案例,仿真结果已经与准确值比较接近。例如平板流动,这么经典的流动,仿真可以八九不离十,湍流模型上的差异就是最大的误差来源。

2.湍流是最重要的因素,湍流是否准确模拟直接决定仿真是否准确。例如分离流,湍流常常可以决定是否有分离产生以及分离的强度。

以下状态就不要纠结湍流模型了

1.误差超过了50%。(湍流模型一般没有这么大祸害)

2.湍流与层流状态的差异都可以接受。

问题来了,如何判断对于具体算例湍流模型是否重要?

用极限状态:湍流和层流状态考核。如果这两个极端状态之间的差异你都可以接受,那么用什么湍流模型还值得纠结么?

有人说不对,湍流模型之间有很大的差别不能忽略。这好比鞋子之间有很大的差别,如果光脚和穿鞋都没有差别了,你的脚还介意鞋子之间的差别吗?

好的湍流模型

经济实惠。满足要求,最节约成本的模型(消耗合理的时间、内存满足基本精度要求)。

谢谢,不用你花我的钱来告诉我,鱼翅泡饭是最好吃的饭,我只想知道我用10块钱该买什么饭。

好湍流模型的最重要指标,不是精度而是成本。希望以后你对比不同湍流模型一定列出它们所需要的成本。

没有价格的对比,取胜的永远是鱼翅泡饭。没有成本的对比,最好的湍流模型一定是消耗最多时间和内存的模型。

总结

我不是个坏人,不想剥夺这个高大上的遮羞布。我只想说,人都是苦虫,有了这块遮羞布不用责怪自己,难免失去深入研究的动力,丧失真正的进步机会。

除了流体界,各种遮羞布比比皆是,例如:"年龄大了学不会","没有经验所以错了","大环境不好我努力没有用","老师不好所以没学好","大家都说很困难可以做坏" ......

不排除有时候是真实的,但是你确定每次都对吗?