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

ГОСТ Р 57700.17-2018 Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование дозвуковых течений вязких жидкостей и газов. Валидация ПО

Обозначение:
ГОСТ Р 57700.17-2018
Наименование:
Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование дозвуковых 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 57700.17-2018 Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование дозвуковых течений вязких жидкостей и газов. Валидация ПО


ГОСТ Р 57700.17-2018



НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Численное моделирование дозвуковых течений вязкихжидкостей и газов.

Валидация ПО

Numerical modeling of physical processes. Numericalsimulation of subsonic 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")

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. N57-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 дозвуковыхтурбулентных течений жидкости или газа, заключается в подтверждениивозможности ПО КМ воспроизводить характеристики реальногодозвукового течения жидкости или газа. Валидация такого ПО КМосуществляется путем решения эталонных задач. Рекомендуемыеэталонные задачи перечислены в данном стандарте.

1Область применения


Настоящий стандартопределяет общие требования к валидации программного обеспечениякомпьютерного моделирования, применяемого для численногомоделирования турбулентного дозвукового движения (течения) жидкостиили газа. Дозвуковым называют течение жидкости в том случае, еслиее скорость меньше скорости звука. Турбулентным называют течение,характеризующееся наличием стохастических пульсаций. Течение можетсопровождаться переносом тепла, диффузией компонентов и химическимиреакциями. В зависимости от рассматриваемого диапазона условийправильную картину течения можно получать в рамках моделейнесжимаемой жидкости, слабосжимаемой жидкости или сжимаемойжидкости.

Настоящий стандартприменим для валидации программного обеспечения компьютерногомоделирования при проведении их сертификации.

2Нормативные ссылки


Внастоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующиестандарты:

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 57700.4 Численное моделированиефизических процессов. Термины и определения в области механикисплошных сред: гидромеханика, газовая динамика

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, ГОСТ Р 57700.4-2017.

3.2 Сокращения

Внастоящем стандарте применены следующие сокращения:

КМ - компьютернаямодель;

ПО - программноеобеспечение.

4Общие положения

4.1 ПО, предназначенноедля численного моделирования дозвуковых турбулентных теченийжидкости или газа, должно адекватно интегрировать по пространству ивремени или только по пространству уравнения математической модели,описывающей турбулентное дозвуковое течение жидкости и газа.

4.2 Валидация ПО,предназначенного для численного моделирования турбулентных теченийжидкости или газа, осуществляется путем решения эталонных задач итестовых задач, представляющих интерес конечного потребителя ПОКМ.

4.3 Результатом решенияэталонной задачи является определенный набор характеристик,относящийся к этой задаче. Отклонение численного результата отэталонного, выраженного в некоторой норме, называют погрешностьювычислений. Возможные источники погрешности (причины отклонения)следующие:

-несоответствие математической модели рассматриваемым процессам;

-погрешность в граничных условиях;

-погрешность аппроксимации дифференциальных уравнений разностнымисхемами;

-ошибки округления чисел в компьютере;

-погрешность самого эталонного результата, если он полученэкспериментально.

4.4 Несоответствиематематической модели рассматриваемым процессам

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

4.5 Погрешность вграничных условиях

Любое численноемоделирование турбулентных 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 может задаваться постояннаяскорость, тогда как в эксперименте имеет место некотороераспределение скорости по входному сечению. То же самое возможно ис другими характеристиками течения.

4.6 Погрешностьаппроксимации дифференциальных уравнений разностнымисхемами

Дискретизация уравненийматематической модели неизбежно вносит погрешность в результатмоделирования. Теоретическому рассмотрению данного вопросапосвящено много работ, например [1], [2]. Эта погрешность зависитот используемого численного метода и используемойконечно-разностной схемы.

4.7 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.

4.8 Погрешность самогоэталонного результата, если он получен экспериментально

Данный тип погрешностиопределяется согласно стандартным методикам определения ошибкиэксперимента.

5Требования к валидации ПО

5.1 Цель валидации ПО КМ,предназначенного для численного моделирования турбулентных теченийжидкости или газа, заключается в подтверждении возможности ПОвоспроизводить определенные особенности течения с определеннойточностью, удовлетворяющей потребности конечного пользователя прирешении им задач турбулентного дозвукового течения жидкости игаза.

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

5.3 Валидация применяетсядля:

-сертификации ПО КМ;

-проверки соответствия ПО КМ стандартам организации по использованиюПО КМ;

-анализа области применимости ПО КМ конечным пользователем длярешения задач о турбулентном течении;

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

5.4 Валидационные задачиоснованы на эталонных данных, полученных экспериментальнымпутем.

5.5 Требования квалидационным тестам и к процедуре валидации:

а) валидационные тестыдля ПО КМ, предназначенного для моделирования турбулентных теченийдолжны:

1) быть неоднократнопроверены научным сообществом;

2) сопровождатьсяподробным описанием, обеспечивающим воспроизводимость иповторяемость процедуры получения валидационных данных;

3) соотноситься с целямии задачами применения ПО КМ для моделирования турбулентных теченийконечным пользователем;

б) детальное описаниепроцедуры валидации должно быть утверждено заинтересованнойстороной и передано стороне, выполняющей валидацию;

в) процедура валидацииможет быть описана согласно стандарту ГОСТ Р 57700.1.

6Рекомендуемые эталоны для проведения валидации ПО

6.1Течение в 180-градусном повороте в трубе квадратного сечения[3]-[5]

6.1.1 Расчетнаяобласть

180° - поворотный участоктрубы, гладко сопряженный с прямыми входным и выходным участками,все квадратного поперечного сечения размером 88,9х88,9 мм. Радиус поворота трубы (вдольцентральной линии) (см. рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема расчетной области течения в 180-градусномповороте в трубе квадратного сечения


Рисунок 1 - Схема расчетной области течения в 180-градусномповороте в трубе квадратного сечения

6.1.2 Параметрытечения

Воздух с кинематическойвязкостью: 1,72х10 м/с.

Средняя скорость навходе: 11 м/с.

Входное число Рейнольдса:56690.

6.1.3 Условия навходе

Развитое турбулентноетечение в прямой трубе квадратного сечения.

6.1.4 Результатыизмерений

Ниже для пяти сечений вповоротном колене (соответствующим значениям 0, , , и ) представлены распределения трех компонентсредней скорости и трех нормальных компонент тензора напряженийРейнольдса. Координаты в поперечном сечении , - ( ортогональна плоскости поворота), - координата вдоль потока (см. рисунки2-11).

Рисунок 2 - Три компоненты скорости в сечении "пси"= 0

ГОСТ Р 57700.17-2018 Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование дозвуковых течений вязких жидкостей и газов. Валидация ПО


Рисунок 2 - Три компоненты скорости в сечении 0


Рисунок 3 - Нормальные компоненты напряжений Рейнольдса в сечении"пси"=0

ГОСТ Р 57700.17-2018 Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование дозвуковых течений вязких жидкостей и газов. Валидация ПО


Рисунок 3 - Нормальные компоненты напряжений Рейнольдса в сечении0


Рисунок 4 - Три компоненты скорости в сечении "пси"="пи"/4

ГОСТ Р 57700.17-2018 Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование дозвуковых течений вязких жидкостей и газов. Валидация ПО


Рисунок 4 - Три компоненты скорости в сечении


Рисунок 5 - Нормальные компоненты напряжений Рейнольдса в сечении"пси"="пи"/4

ГОСТ Р 57700.17-2018 Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование дозвуковых течений вязких жидкостей и газов. Валидация ПО


Рисунок 5 - Нормальные компоненты напряжений Рейнольдса в сечении


Рисунок 6 - Три компоненты скорости в сечении "пси"="пи"/2

ГОСТ Р 57700.17-2018 Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование дозвуковых течений вязких жидкостей и газов. Валидация ПО


Рисунок 6 - Три компоненты скорости в сечении

Рисунок 7 - Нормальные компоненты напряжений Рейнольдса в сечении"пси"="пи"/2

ГОСТ Р 57700.17-2018 Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование дозвуковых течений вязких жидкостей и газов. Валидация ПО


Рисунок 7 - Нормальные компоненты напряжений Рейнольдса в сечении


Рисунок 8 - Три компоненты скорости в сечении "пси"=3"пи"/4

ГОСТ Р 57700.17-2018 Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование дозвуковых течений вязких жидкостей и газов. Валидация ПО


Рисунок 8 - Три компоненты скорости в сечении


Рисунок 9 - Нормальные компоненты напряжений Рейнольдса в сечении"пси"=3"пи"/4

ГОСТ Р 57700.17-2018 Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование дозвуковых течений вязких жидкостей и газов. Валидация ПО


Рисунок 9 - Нормальные компоненты напряжений Рейнольдса в сечении


Рисунок 10 - Три компоненты скорости в сечении "пси"="пи"

ГОСТ Р 57700.17-2018 Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование дозвуковых течений вязких жидкостей и газов. Валидация ПО


Рисунок 10 - Три компоненты скорости в сечении

Рисунок 11 - Нормальные компоненты напряжений Рейнольдса в сечении"пси"="пи"

ГОСТ Р 57700.17-2018 Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование дозвуковых течений вязких жидкостей и газов. Валидация ПО


Рисунок 11 - Нормальные компоненты напряжений Рейнольдса в сечении

6.2Течение Куэтта (рисунок 12) с неподвижной волнистой стенкой[6]-[9]


Рисунок 12 - Схема течения Куэтта с неподвижной волнистойстенкой


Рисунок 12 - Схема течения Куэтта с неподвижной волнистойстенкой

6.2.1 Расчетнаяобласть

Нижняя стенка каналадвижется с постоянной скоростью , волнистая верхняя стенка неподвижна. Длинаканала (одного периода волнистости стенки) 1,4 м, средняя высота канала 15 мм. Форма волнистой стенки задаетсяформулой , 4,5 мм.

6.2.2 Параметрытечения

Воздух с кинематическойвязкостью: 1,5·10 м/с.

Скорость подвижнойстенки: 8 м/с.

Число Рейнольдса:8·10.

6.2.3 Результатыизмерений

Ниже для восьмипоперечных сечений мм представлены профили продольной ипоперечной скорости (, ), а также профили среднеквадратичныхинтенсивностей пульсаций в продольном и поперечном направлениях(, ). Поперечная координата направлена сверху вниз. Представленныеданные покрывают область вблизи волнистой стенки и центральнуючасть канала (см. рисунки 13-16).

Рисунок 13 - Профили продольной компоненты скорости. Координаты x,y в мм, скорость U в м/с


Рисунок 13 - Профили продольной компоненты скорости. Координаты, в мм, скорость в м/с


Рисунок 14 - Профили поперечной компоненты скорости. Координаты x,y в мм, скорость V в м/с


Рисунок 14 - Профили поперечной компоненты скорости. Координаты,