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Con quante cifre va riportato un risultato CFD?

Il solutore stampa otto cifre. Quante di esse significhino qualcosa lo dice l'ingegnere, non il solutore.

Il solutore vi dà 42,8317. Scrivere nella relazione anche solo 42,8 è spesso troppo. Il numero di cifre significative non discende dal calcolo ma dall'entità dell'errore, e dichiararlo è compito dell'ingegnere [1] [2].

I termini di errore si contano separatamente

Errore di discretizzazione. Viene dallo studio di indipendenza dalla griglia. La differenza fra griglia media e fitta è la misura di questo termine.

Errore di modello. Modello di turbolenza, relazioni di chiusura multifase, approccio all'irraggiamento. È il termine più grande e più difficile da quantificare; si può solo delimitare con dati di validazione.

Incertezza sui dati d'ingresso. Proprietà dei materiali, rugosità superficiale, tenute, la reale condizione di esercizio. Nelle analisi termiche è spesso il termine dominante.

Differenza di geometria. La geometria modellata non è il pezzo prodotto: tolleranze, cordoni di saldatura, giochi di montaggio, sporcamento.

Errore di convergenza. Se la convergenza è stata curata, questo termine è piccolo accanto agli altri.

Che cosa significa in pratica

In una tipica analisi industriale l'incertezza complessiva è dell'ordine del 5–15 %. Questo rende privo di senso tutto ciò che va oltre tre cifre significative.

Invece di 1847,3 Pa per una perdita di carico, scrivete 1850 Pa, circa ±10 %. È al tempo stesso più onesto e più utile. Con il primo valore il lettore non mette in discussione il numero; con il secondo decide conoscendo il margine.

L'uso comparativo è assai più affidabile

Anche dove l'incertezza sul valore assoluto è grande, la differenza fra due progetti calcolati con lo stesso metodo è assai più affidabile: gran parte dell'errore di modello agisce nella stessa direzione in entrambi i casi e si annulla nel confronto.

Per questo l'uso più solido della CFD non è «questo apparecchio rende esattamente questo valore» ma «il progetto B è migliore di A di tanto, ed ecco perché».

Che cosa va nella relazione

Il numero, il suo intervallo, da dove viene l'intervallo e quale termine domina. Dichiarare l'incertezza non indebolisce il risultato; è l'unica cosa che rende il numero utilizzabile.

Riferimenti

  1. ASME (2009, R2021). V&V 20 — Standard for Verification and Validation in Computational Fluid Dynamics and Heat Transfer. American Society of Mechanical Engineers, New York.
  2. Celik, I. B., Ghia, U., Roache, P. J., Freitas, C. J., Coleman, H. & Raad, P. E. (2008). Procedure for estimation and reporting of uncertainty due to discretization in CFD applications. Journal of Fluids Engineering, 130(7), 078001. DOI: 10.1115/1.2960953

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