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

ГОСТ Р 57700.9-2018 Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование ламинарных течений вязких жидкостей и газов. Верификация ПО

Обозначение:
ГОСТ Р 57700.9-2018
Наименование:
Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование ламинарных течений вязких жидкостей и газов. Верификация ПО
Статус:
Действует
Дата введения:
01/01/2019
Дата отмены:
-
Заменен на:
-
Код ОКС:
35.020

Текст ГОСТ Р 57700.9-2018 Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование ламинарных течений вязких жидкостей и газов. Верификация ПО


ГОСТ Р 57700.9-2018



НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Численное моделирование ламинарных течений вязкихжидкостей и газов. Верификация ПО

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


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. N49-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


Данный стандарт посвящентребованиям к верификации программного обеспечения компьютерногомоделирования (ПО КМ), предназначенного для численногомоделирования ламинарных течений жидкости или газа. Цельюверификации является подтверждение корректности программнойреализации выбранных математических моделей физических процессов.Верификация других функциональных возможностей ПО КМ (ввод-вывод,пользовательский интерфейс и т.д.) рассматривается в ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207. Основной методверификации ПО КМ - это решение тестовых задач, покрывающих всевозможности ПО КМ. Рекомендуемые тесты изложены в настоящемстандарте.

1Область применения


Настоящий стандартопределяет общие требования к верификации программного обеспечениякомпьютерного моделирования, применяемого для численногомоделирования процессов, происходящих в жидкости при ее ламинарномдозвуковом движении (течении). Течение может сопровождатьсяпереносом тепла, диффузией компонентов и химическими реакциями. Взависимости от рассматриваемого диапазона условий правильнуюкартину течения можно получать в рамках моделей несжимаемойжидкости, слабосжимаемой жидкости или сжимаемой жидкости. В потокемогут присутствовать сдвиговые слои, пограничные слои и зонырециркуляции.

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 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 ИСО/МЭК 12207 Информационнаятехнология. Системная и программная инженерия. Процессы жизненногоцикла программных средств

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.

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 Верификация ПО,предназначенного для численного моделирования ламинарных теченийжидкости или газа, осуществляется путем решения тестовых задач.

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

-погрешность аппроксимации дифференциальных уравнений разностнымисхемами;

-ошибки округления чисел в компьютере.

4.4 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. Обычно погрешность метода/схемывыражается 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.

4.5 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.

4.6 Если алгебраическийрешатель имеет собственные настройки, должно быть проведеноисследование, имеющее целью обоснование независимости решения отэтих настроек.

4.7 Если ПК КМЛТ имеетвстроенный автоматический генератор расчетной сетки, должно бытьпроведено исследование, имеющее целью обоснование корректности егоработы при различных значениях управляющих параметров.

4.8 Если ПК КМЛТ имеетвозможность расчета в параллельном режиме, должно быть проведеноисследование, имеющее целью обоснование независимости результатоврасчетов от типа распараллеливания (общая или распределеннаяпамять) и от количества процессоров.

5Требования к верификации ПО

5.1 Общая верификацияпрограммного комплекса компьютерного моделирования ламинарныхтечений (ПК КМЛТ) описывается в ГОСТР ИСО/МЭК 12207 как процесс подтверждения требований к данномупрограммному комплексу. Для верификации ПК КМЛТ возникаютдополнительные требования по верификации математической моделиламинарного течения жидкости, расчетных схем, вычислительныхалгоритмов, генераторов расчетных сеток, систем отображения(визуализации данных), которые лежат в основе ПК КМЛТ.

5.2 Цель верификации ПО,предназначенного для моделирования ламинарных течений (кромеоговоренных в ГОСТ Р ИСО/МЭК12207), - удовлетворить требования по верификацииматематической модели ламинарного движения жидкости, расчетныхсхем, вычислительных алгоритмов и генераторов расчетных сеток.

5.3 Для выполненияпроцесса верификации ПК КМЛТ необходимо:

-выбрать метод верификации и обосновать его;

-выбрать список тестов для верификации и обосновать его с точкизрения покрытия всех требований по моделированию течений ПККМЛТ;

-создать матрицу верификации, заполнение которой должно бытьобосновано;