不要拿湍流模型當(dāng)遮羞布——真的只是湍流算不準(zhǔn)嗎？

感謝湍流模型救了我們

在CFD流體仿真界有一個(gè)知名的高大上的難題"湍流模型",公認(rèn)湍流模型的準(zhǔn)確性限制了仿真水平發(fā)展。因此有一句特別通用的話(huà),"湍流模型不準(zhǔn)確,所以仿真結(jié)果不可靠"。言下之意,湍流模型這種世界難題還沒(méi)有解決,我算錯(cuò)了理所應(yīng)當(dāng)。我不覺(jué)得100%的人很痛恨湍流模型,相反,個(gè)別人最要感謝的就是湍流模型了,因?yàn)槿魏螆?chǎng)合都可以微笑地說(shuō),"都是湍流模型惹的禍"。

湍流模型故事

我做了一個(gè)水洞中的實(shí)驗(yàn),拜托某知名高校的知名流體教授仿真流動(dòng)。半年后他們告訴我仿真取得的阻力比實(shí)驗(yàn)測(cè)量值大了一倍。我很納悶啊,這只是一個(gè)棍子外形的模型,仿真半點(diǎn)困難也沒(méi)有啊。后來(lái)聽(tīng)了一個(gè)高大上的匯報(bào),他們對(duì)比了網(wǎng)格從幾百萬(wàn)到幾千萬(wàn),湍流模型從兩方程模型到大渦模擬(如果我事先沒(méi)有攔著,他們可以調(diào)用超級(jí)計(jì)算機(jī)做直接數(shù)值模擬)。有趣的是無(wú)論模型做任何變化,阻力的變化范圍沒(méi)有超過(guò)20%,都比實(shí)驗(yàn)測(cè)量的阻力大一倍左右,他們的結(jié)論:沒(méi)有足夠好的湍流模型。

我看到仿真模型的外形,才發(fā)現(xiàn)仿真的尾部竟然沒(méi)有支桿。我忍不住問(wèn),"請(qǐng)問(wèn)你們從來(lái)沒(méi)有想到,在水洞里必須要有個(gè)支桿支著實(shí)驗(yàn)件嗎?這個(gè)支桿在尾部又很粗,阻力主要由尾部產(chǎn)生,有了支桿尾部阻力變小,實(shí)驗(yàn)測(cè)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(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果很接近。(差點(diǎn)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(jié)果如果被發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)誤,不用歸罪于自己,要?dú)w罪于大自然,"哎呀,大自然的現(xiàn)象太復(fù)雜!國(guó)際上都沒(méi)有完全解決啊!我再次證明這么復(fù)雜的研究必須多投錢(qián)啊,否則無(wú)法取得正確結(jié)果"。這就是從失敗走向掙錢(qián)的秘訣。當(dāng)然最好利用的就是大自然無(wú)比復(fù)雜的湍流和它的湍流模型。

什么時(shí)候湍流模型才是重要的

這里我要是堅(jiān)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(yè),多少?lài)?guó)家基金靠它支撐經(jīng)費(fèi)盤(pán)子,多少失敗的仿真用它將責(zé)任推給了復(fù)雜的大自然。但是我希望你好好問(wèn)問(wèn)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(jiǎn)單的案例,仿真結(jié)果已經(jīng)與準(zhǔn)確值比較接近。例如平板流動(dòng),這么經(jīng)典的流動(dòng),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(lái)源。

2.湍流是最重要的因素,湍流是否準(zhǔn)確模擬直接決定仿真是否準(zhǔn)確。例如分離流,湍流常?？梢詻Q定是否有分離產(chǎn)生以及分離的強(qiáng)度。

以下?tīng)顟B(tài)就不要糾結(jié)湍流模型了

1.誤差超過(guò)了50%。(湍流模型一般沒(méi)有這么大禍害)

2.湍流與層流狀態(tài)的差異都可以接受。

問(wèn)題來(lái)了,如何判斷對(duì)于具體算例湍流模型是否重要?

用極限狀態(tài):湍流和層流狀態(tài)考核。如果這兩個(gè)極端狀態(tài)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(jié)么?

有人說(shuō)不對(duì),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(méi)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(jīng)濟(jì)實(shí)惠。滿(mǎn)足要求,最節(jié)約成本的模型(消耗合理的時(shí)間、內(nèi)存滿(mǎn)足基本精度要求)。

謝謝,不用你花我的錢(qián)來(lái)告訴我,魚(yú)翅泡飯是最好吃的飯,我只想知道我用10塊錢(qián)該買(mǎi)什么飯。

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

沒(méi)有價(jià)格的對(duì)比,取勝的永遠(yuǎn)是魚(yú)翅泡飯。沒(méi)有成本的對(duì)比,最好的湍流模型一定是消耗最多時(shí)間和內(nèi)存的模型。

總結(jié)

我不是個(gè)壞人,不想剝奪這個(gè)高大上的遮羞布。我只想說(shuō),人都是苦蟲(chóng),有了這塊遮羞布不用責(zé)怪自己,難免失去深入研究的動(dòng)力,喪失真正的進(jìn)步機(jī)會(huì)。

除了流體界,各種遮羞布比比皆是,例如:"年齡大了學(xué)不會(huì)","沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)所以錯(cuò)了","大環(huán)境不好我努力沒(méi)有用","老師不好所以沒(méi)學(xué)好","大家都說(shuō)很困難可以做壞" ......

不排除有時(shí)候是真實(shí)的,但是你確定每次都對(duì)嗎?