周华老师谈CFD技术的可信度问题

CFD技术是数值仿真技术中的重要分支,是计算机技术与流体力学理论相结合形成的一个技术领域。CFD技术最早的实践活动可以追溯到Richardson早期利用数值方法进行的气象预报活动,其后虽然陆续有人开展过一些研究活动,但CFD技术获得大的发展是从1960年代计算机技术大发展之后才实现的。

CFD技术的最大优点是在将其运用到工程研发中时,可以大大降低研发成本,缩短研发周期,其最大缺点则是CFD模拟得到的结果有可能是一个虚假的结果。因此,关于CFD模拟技术是否可信的争论实际上是一直存在的。解决这个争论的办法一方面可以来自数学上的求证,比如证明解的存在性、唯一性、稳定性等等,另一方面则可以通过建立一定的工作流程保证数值解的正确性和准确性。由于流体力学控制方程的数学性质比较复杂,从数学上证明解的正确性和准确性在大多数情况下是无法做到的,因而用工程管理的理念保证数值解的正确性和准确性实际上是唯一的选择。

工程管理办法介入科学研究过程实际上也不新鲜,我们虽然没有这样明确提过,但在实际工作中或仿照国外模式,或根据别人论文中展现的惯例,都多多少少地在工作中使用过。比如将计算结果与试验数据相对比,以证明结果的正确,比如网格无关性验证等等,都是工程理念在数值分析工作中的应用。CFD软件开发过程中更要大量引入流程管理等理念,否则是绝对不能成功的。

在实际工作过程中也经常遇到使用单位对模拟结果的质疑,其质疑点往往就是上面所说的虚假解的问题,还有就是数值精度问题。回答这种问题的答案也只能是用工程管理办法,通过流程设计和控制,在体系上给予保证。美国和欧洲国家就是这么做的,我们当然也可以这么做。客观地说,国内CFD技术与欧美国家的差距,表面上是数值理论研究的差距、CFD专业软件数量的差距,背后还有就是工程管理水平的差距。表面上的差距是容易看到的果,背后的差距则是不易看到的因。在研究活动中,特别是一些大型研发项目中,这种现象会表现的更加明显。

这次“航空CFD可信度开放式专题研究活动”主要目的是考查各种算法在飞机气动设计上的有效性和精度,各种网格(结构、非结构、混合网格、无网格等)对数值模拟的影响,以及国内CFD仿真的实际水平。之所以采用开放的研究方式,在网上公开召集大家参与研究,主要是希望能最大限度地对这个领域的实际力量给予正确评估。比如有些网友平时可能不在航空领域工作,但是CFD研究水平和应用水平很高,完全有能力参与航空领域的仿真工作,这次活动就给这些网友提供一个展示机会。我们平时在网上也会遇到一些深藏不露的高手,这次也希望这些高手能利用这次机会证明自己的能力。另外刚刚进入飞机流场数值分析领域的网友,也可以通过这次实战活动得到真实的锻炼,获得大量资料,得到实质提高。

这次活动酝酿时间很长,将来类似的活动还会不断推出,活动的最后会以workshop的形式进行现场交流。这次活动在形式上是个创新,对国内气动计算水平的提高也必然有很大的促进作用,令领域内的各方都能清醒认识到国内CFD技术的实际发展水平,因此我们流体中文网将积极参与这次活动,也希望我们的网友投身到这次活动中来。