allgosts.ru35. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. МАШИНЫ КОНТОРСКИЕ35.020. Информационные технологии (ИТ) в целом

ГОСТ Р 57700.15-2018 Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование ламинарных течений вязких жидкостей и газов. Валидация ПО

Обозначение:
ГОСТ Р 57700.15-2018
Наименование:
Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование ламинарных течений вязких жидкостей и газов. Валидация ПО
Статус:
Действует
Дата введения:
01/01/2019
Дата отмены:
-
Заменен на:
-
Код ОКС:
35.020

Текст ГОСТ Р 57700.15-2018 Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование ламинарных течений вязких жидкостей и газов. Валидация ПО


ГОСТ Р 57700.15-2018



НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Численное моделирование ламинарных течений вязкихжидкостей и газов

Валидация ПО

Numerical modeling of physical processes. Numericalsimulation of laminar flows of viscous liquids and gases. Softwarevalidation



ОКС 35.020

Датавведения 2019-01-01

Предисловие

Предисловие

1РАЗРАБОТАН Закрытым акционерным обществом "Т-Сервисы" (ЗАО"Т-Сервисы") совместно с Обществом с ограниченной ответственностью"ТЕСИС" (ООО "ТЕСИС")

2ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 700"Математическое моделирование и высокопроизводительныевычислительные технологии"

3УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства потехническому регулированию и метрологии от 6 февраля 2018 г. N55-ст

4ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ


Правила применениянастоящего стандарта установлены в статье26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "Остандартизации в Российской Федерации". Информация обизменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (посостоянию на 1 января текущего года) информационном указателе"Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок- в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты".В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандартасоответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпускеежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты".Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются такжев информационной системе общего пользования - на официальном сайтеФедерального агентства по техническому регулированию и метрологии всети Интернет (www.gost.ru)

Введение


Цель валидациипрограммного обеспечения (ПО) компьютерного моделирования (КМ),предназначенного для численного моделирования ламинарных дозвуковыхтечений жидкости или газа, заключается в подтверждении возможностиПО воспроизводить характеристики реального ламинарного теченияжидкости или газа. Валидация такого ПО осуществляется путем решенияэталонных задач. Рекомендуемые эталонные задачи перечислены вданном стандарте.

1Область применения


Настоящий стандартопределяет общие требования к валидации программного обеспечениякомпьютерного моделирования, применяемого для численногомоделирования ламинарного дозвукового движения (течения) жидкостиили газа. Течение может сопровождаться переносом тепла, диффузиейкомпонентов и химическими реакциями. В зависимости отрассматриваемого диапазона условий правильную картину течения можнополучать в рамках моделей несжимаемой жидкости, слабосжимаемойжидкости или сжимаемой жидкости. В потоке могут присутствоватьсдвиговые слои, пограничные слои и зоны рециркуляции.

Настоящий стандартприменим для валидации программного обеспечения компьютерногомоделирования при проведении его сертификации в соответствии сГОСТ Р 57700.1 и ГОСТ Р 57700.2.

2Нормативные ссылки


Внастоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующиестандарты:

ГОСТ 2.052-2015 ЕСКД Электронная модельизделия. Общие положения

ГОСТ 28195-89 Оценка качествапрограммных средств. Общие положения

ГОСТ Р 8.883-2015 Государственнаясистема обеспечения единства измерений. Программное обеспечениесредств измерений. Алгоритмы обработки, хранения, защиты и передачиизмерительной информации. Методы испытаний

ГОСТ Р 57188 Численное моделированиефизических процессов. Термины и определения

ГОСТ Р 57700.1 Численное моделированиедля разработки и сдачи в эксплуатацию высокотехнологичныхпромышленных изделий. Сертификация программного обеспечения.Требования

ГОСТ Р 57700.2 Численное моделированиедля разработки и сдачи в эксплуатацию высокотехнологичныхпромышленных изделий. Сертификация программного обеспечения. Общиеположения

ГОСТ Р 57700.9 Численное моделированиефизических процессов. Численное моделирование ламинарных теченийвязких жидкостей и газов. Верификация ПО

Примечание - Припользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действиессылочных стандартов в информационной системе общего пользования -на официальном сайте Федерального агентства по техническомурегулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодномуинформационному указателю "Национальные стандарты", которыйопубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускамежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" затекущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дананедатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующуюверсию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версиюизменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который данадатированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этогостандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если послеутверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на которыйдана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающееположение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуетсяприменять без учета данного изменения. Если ссылочный стандартотменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него,рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3Термины, определения и сокращения

3.1 Термины иопределения

Внастоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 57188, а также следующие терминыс соответствующими определениями (дополнительное пояснение терминовв приложении Б):

3.1.1 вязкая жидкость,вязкий газ: Среда, при движении которой проявляются вязкиеэффекты, определяемые величиной динамического коэффициентавязкости.

3.1.2 объектмоделирования: Явление, объект или свойство объекта реальногомира.

3.1.3моделирование: Изучение свойств и/или поведения объектамоделирования, выполненное с использованием его моделей.

3.1.4

компьютернаямодель (электронная модель): Модель, выполненная вкомпьютерной (вычислительной) среде и представляющая собойсовокупность данных и программного кода, необходимого для работы сданными.

[ГОСТ 2.052-2015, статья3.1]

3.1.5 сжимаемоетечение: Течение, в котором влияние зависимости плотности отдавления существенно.

3.1.6 слабосжимаемоетечение: Один из вариантов дозвукового течения - плотностьтакого течения зависит от других параметров (температуры,концентрации компонентов среды и т.д.).

3.1.7 несжимаемоетечение: Течение, при котором любой вмороженный в жидкостьобъем не меняет своей величины, при этом вариация плотности пообъему среды может быть произвольной.

3.1.8 вмороженныйобъем: Объем, границы которого движутся вместе с жидкостью.

3.1.9 дозвуковоетечение жидкости: Течение, при котором местная скоростьжидкости меньше местной скорости звука во всей области расчета.

3.1.10 ламинарноетечение: Слоистое течение без случайных пульсаций скорости,давления, температуры и других характеристик течения.

3.1.11 погрешностьвычислений: Отклонение численного результата от эталонного,выраженного в некоторой норме.

3.1.12 характеристикитечения: Физические величины, позволяющие количественноохарактеризовать рассматриваемое течение: давление, скорость,плотность, температура и др.

3.2 Сокращения

Внастоящем стандарте применены следующие сокращения:

КМ - компьютернаямодель;

ОМ - объектмоделирования;

ПО - программноеобеспечение;

ЭУ - экспериментальнаяустановка.

4Общие положения

4.1 ПО, предназначенноедля численного моделирования ламинарных течений жидкости или газа,должно адекватно интегрировать по пространству и времени или толькопо пространству уравнения математической модели, описывающейламинарное дозвуковое течение жидкости и газа.

4.2 В данном стандартерассматриваются течения трех типов, являющиеся частными случаямиламинарного дозвукового течения:

-несжимаемое течение;

-слабосжимаемое течение;

-сжимаемое течение.

4.3 Валидация ПО,предназначенного для численного моделирования ламинарных теченийжидкости или газа, осуществляется путем решения эталонных задач итестовых задач, представляющих интерес конечного потребителя ПО КМ(ГОСТ Р 8.883-2015, пункт6.5.5).

4.4 Результатом решенияэталонной задачи являются набор характеристик, определяющих решениезадачи. Отклонение численного результата от эталонного, выраженногов некоторой норме, называют погрешностью вычислений. Возможныеисточники погрешности (причины отклонения) следующие:

-несоответствие математической модели рассматриваемым процессам;

-погрешность в граничных условиях;

-погрешность в начальных условиях;

-погрешность аппроксимации дифференциальных уравнений разностнымисхемами;

-ошибки округления чисел в компьютере;

-погрешность самого эталонного результата, если он полученэкспериментально.

4.5 Несоответствиематематической модели рассматриваемым процессам

При упрощенииматематической модели или при незнании реальных физическихпроцессов в среде точность описания моделью реального течения можетбыть снижена.

4.6 Погрешность вграничных условиях

Любое численноемоделирование ламинарных течений производится в ограниченнойобласти расчета, на границах которой задаются граничные условия.Эти условия не всегда точно соответствуют реальным условиям всоответствующих точках пространства. Например, в численнойпостановке на входе в расчетную область задается постояннаяскорость, тогда как в эксперименте имеет место некотороераспределение скорости по входному сечению. То же самое возможно ис другими характеристиками течения.

4.7 Погрешность вначальных условиях

При решениинестационарных задач правильное задание начальных условий важно дляадекватного воспроизведения развития течения во времени. Поэтомупри отклонении заданных начальных условий (начальных распределенийскорости, давления, температуры и т.д.) от реальных в каждый моментвремени будет наблюдаться отклонение значения наблюдаемойхарактеристики течения от эталонного значения этойхарактеристики.

4.8 Погрешностьаппроксимации дифференциальных уравнений разностными схемами.Дискретизация уравнений математической модели неизбежно вноситпогрешность в результат моделирования. Теоретическому рассмотрениюданного вопроса посвящено много работ, например [1], [2]. Этапогрешность зависит от используемого численного метода ииспользуемой конечно-разностной схемы. Обычно погрешностьметода/схемы выражается как . Здесь - средний размер расчетной ячейки, - шаг интегрирования дифференциальныхуравнений по времени. Отсюда следует, что расчетная сетка должнаобеспечивать минимальную погрешность аппроксимации дифференциальныхуравнений, а в нестационарных задачах шаг интегрирования по временидолжен правильно воспроизводить эволюцию рассматриваемого течения.Именно на минимизацию погрешности аппроксимации направленыисследования сходимости решения по сетке и по шагу интегрированиядифференциальных уравнений по времени.

4.9 Ошибки округлениячисел в компьютере

Как правило, это невносит значимой погрешности в результат моделирования, есличисленный метод интегрирования дифференциальных уравнений устойчив.В противном случае погрешность округления "накапливается", и этоможет приводить к неустойчивости решения.

4.10 Погрешностьсамого эталонного результата, если он полученэкспериментально

Данный тип погрешностиопределяется согласно стандартным методикам определения ошибкиэксперимента.

5Требования к валидации ПО

5.1 Перед валидациейдолжна быть проведена верификация, применение которой определяетсяГОСТ Р 57700.9.

5.2 Точность соответствиярезультатов решения и эталона не стандартизуется, но определяетсяпотребностями конкретного потребителя данного ПО КМ.

5.3 Цель валидации ПО КМ,предназначенного для численного моделирования ламинарных теченийжидкости или газа, заключается в подтверждении возможности ПОвоспроизводить определенные особенности течения с определеннойточностью, удовлетворяющей потребности конечного пользователя примоделировании ламинарного дозвукового течения жидкости и газа.

5.4 Данный стандарт даетрекомендации по оценке качества ПО КМ, предназначенного для решенияпрактических гидродинамических задач, посредством его валидации(ГОСТ 28195-89, раздел2).

5.5 Валидация применяетсядля:

-сертификации ПО КМ;

-проверки соответствия ПО КМ стандартам организации по использованиюПО КМ;

-анализа области применимости ПО КМ, предназначенного длямоделирования ламинарных течений, конечным пользователем;

-анализа области применимости и создания документации ПО КМразработчиком данного ПО КМ.

5.6 Валидационные задачиоснованы на эталонных данных, полученных одним из следующихспособов:

-экспериментальным путем;

-аналитическим путем.

5.7 Определение ошибкииз-за дискретизации по пространству и сходимости по расчетной сеткепри решении валидационных тестов с помощью ПО КМ

Провести исследованиесходимости результатов расчетов по расчетной сетке. При этом должнобыть доказано, что сходимость результатов имеет асимптотику, где - степень аппроксимации расчетной схемы попрстранству, - размер расчетной ячейки (элемента дляконечно-элементных сеток, или расстояния между частицами длябессеточных методов).