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被实验支架掩盖的真相

内容纲要


这是一个真实的故事 

几年前,我和一位了不起的博士合作,这位博士的学历足以亮瞎我的眼睛。如果告诉你他毕业于哪家名校,我会被骂死。

我请这位博士做仿真,计算水流中一种柱子的阻力。当时我还有点不好意思,请这么一位大牛,研究这么简单的问题,会不会以为我太外行。

博士很客气,表示会认真研究这个简单问题,而且要用我提供的实验数据,来检验他的仿真。这回我明白了,他要练练手。

本来以为,过三天,博士就会做完仿真。没有想到他让我足足等了三个月,一点消息都没有。打电话催他,他告诉我,一言难尽,请我去他的办公室,亲自看看仿真结果。

我很纳闷,这么简单的问题,有什么一言难尽,难道他有什么重要发现?还是要我加钱呢?


他从头开始给我讲他的仿真,首先,他用了五千万的网格。当时我这没见过世面的样子,直接吓呆了,我做这个仿真,舍得用五十万网格就到顶了。难怪三个月没有消息,用这么多网格,运行一次的时间,够我运行100次了。他又用了当时最先进的大涡模拟,运行时间又加一个数量级。

还有很多设置,有的听说过,有的没听说过,反正就是豪华,各个细节用到了最先进、最精致的仿真方法。

我不断点头,极力掩盖我的惊讶,唯恐被他发现我很无知。同时,我暗暗心痛,如果按照这个工作量,得补给他多少费用啊。


终于博士展示完了他的豪华仿真过程,亮出仿真结果。仿真计算的阻力系数,是实验测量的两倍,仿真的误差是100%。这也太荒唐了,别说用多么豪华的仿真,就是闭着眼睛瞎猜个数,也不会差这么多。

我打起精神,立即拿出我甲方的尊严,博士立即认识到他乙方的位置。

他很懊恼地告诉我,为了找到哪里产生了误差,他对比了不同模型、不同算法、不同网格、不同……。这三个月,他调用了最好的计算机,夜以继日地分析,初步有了结论。用这三种模型,阻力相差3%;用这两种算法,阻力相差2%。而且他有重要发现,网格对结果影响很大,可以带来5%的差异。

我不得不打断他,仿真过程中,有什么原因会产生100%的误差吗?他毫不犹豫地回答,绝对没有,而且他的仿真,保证偏差不会超过10%

好,用这么多时间分析这些不会产生10%以上偏差的原因,有什么意义吗?


我作为工程师,相信误差另有原因。于是请博士打开仿真结果的图像,我从头到尾看,各项数据都很正常,我也很纳闷,两倍的阻力从哪来的? 

我建议,把柱子分为几个部分,分别看看哪个部位产生的阻力过大。他很惊讶,从来没有想过这么看仿真结果。我更惊讶,这么简单的方法,他毕业的那个名校不教吗?

这是个工程常识,如果你看一个物体的总阻力,不知道为什么阻力这么大,最好把它分为几个简单的面,看每个面的阻力是否超出常规,可以很快找到有可能减小阻力的部位。

他很兴奋地从仿真结果中,分别读出不同部分的阻力,发现底部阻力最大,占总阻力的70%。可以推测总阻力大了100%,应当是底部阻力算错了。


我们一起看底部的流动,还是没有看出异常。正是大家愁眉苦脸的时候,我突然笑起来了。我想起来,做实验的时候用了一个很粗的支架支撑底部,实验基本没测到底部阻力,所以测量到的阻力很小。把仿真结果减去被支架遮盖的底部阻力,仿真结果与实验结果正好一致。

事实证明,博士的仿真很好,只不过他不知道做实验必须用支架。也不是他一个人不知道,很多做仿真的人会忽略支架,一般带来的误差在10%以内,也就稀里糊涂地当成仿真的误差被消化了。可惜他的运气不好,这次支架太粗。


这个故事还没有结束

既然实验的支架影响这么大,为什么之前没有发现呢?因为实验测量数据和实际使用中的数据一致,说明实验数据是完全正确的。

实际使用的时候柱子底部没有支架,在水流中的阻力应当与仿真计算的阻力一致,不应当与实验一致,应当是实验测量的两倍。但是实际使用的阻力很小,与实验很接近。为什么?

为了解决这个问题,我们使用高速录像,观察实际使用的时候到底发生了什么,发现底部长时间被气泡包裹,将底部与水流隔离开,与底部有支架的效果类似。

实验数据完全正确,但是实验状态错了。


最后真相大白:

仿真是没支架、没空泡

实验是有支架、没空泡

真实是没支架、有空泡

虽然仿真与实验都精益求精,但是与实际使用状态不一样,出发点就错了,还被这个该死的支架掩盖了真相。


现在你知道,做个好工程师有多难。

你要知道所有带来误差的原因,你会发现,需要付出比产品还高昂的成本。我们好像是瞎子,凭借感觉和好运气,在森林中试出一条路,即使我们安全地走出森林,对森林也知之甚少。

真相躲在一层又一层的面纱后面。即使你觉得已经抓到数据、通过验证,完美也可以是个笑话。

忘记数据一致就正确的共识,调用你的嗅觉、听觉、直觉、感觉,从更多的角度寻找真相。

本篇文章来源于微信公众号: 陆姐说

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文章名称:《被实验支架掩盖的真相》
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