STAR-CCM+基礎培訓教程分析

STAR-CCM+

基礎培訓教程(V

2.02.009)所屬：CDAJ

CHINA目錄Chap.1:STAR-CCM+簡介Chap.2:STAR-CCM+網(wǎng)格功能Chap.3:STAR-CCM+計算設定Chap.4:STAR-CCM+后處理Chap.5:STAR-CCM+的工具（tools）Chap.6:一個簡單的例子Chap.7:附錄Chap1.STAR-CCM+簡介STAR-CCM+是什么?STAR-CCM+求解問題的過程.STAR-CCM+的工作界面.現(xiàn)有的網(wǎng)格功能.現(xiàn)有的物理模型.1.1

STAR-CCM+是什么?STAR-CCM+由CD-adapco公司開發(fā)，是“下一代的CFD解決方案”強大的網(wǎng)格能力:從面網(wǎng)格（Surfacewrapper）到體網(wǎng)格。先進的物理模型:包括層流，湍流，多相流，氣穴，輻射，燃燒，邊界層轉戾，高馬赫流，共軛熱傳導等等，以及新的熱交換器和風扇模型。多面體網(wǎng)格:較少的內(nèi)存和更快的求解速度。強大的可視化::分析過程中的動態(tài)顯示?？尚刨嚨慕Y果:STAR-CCM+solver的穩(wěn)健性網(wǎng)格兼容性:STAR-CD,ICEM,GridGen,Gambit十億以上的網(wǎng)格處理能力:誕生之初，STAR-CCM+就專門為處理大規(guī)模網(wǎng)格而設計。.STAR-CCM+

makes

the

Tour

de

France

less

of

a

Drag1.2

STAR-CCM+求解問題的過程輸入模型準備網(wǎng)格選擇物理模型設定邊界條件設定初始條件運算后處理1.3

STAR-CCM+的工作界面STAR-CCM+的工作界面(workspace)如下:1.4網(wǎng)格功能(Version

2.02.009)和其他網(wǎng)格生成軟件的協(xié)調(diào)性l可以輸入來自以下網(wǎng)格:?

pro-STAR?

Gridgen?

Fluent?

Gambit?

STAR-CD?

ICEMl可以輸出到pro-STAR進行后處理面網(wǎng)格l

面網(wǎng)格工具:?

Surface

remesher

?

Surface

wrapper

?

Hole

filler?

Edge

zipper?

特征線提取和編輯工具

體網(wǎng)格

l

3種體網(wǎng)格模型:? tetrahedral? polyhedral? trimmedl 邊界層網(wǎng)格模型:prismlayerl 精細網(wǎng)格調(diào)節(jié):? Volumesources? 全局或局部參數(shù)設置網(wǎng)格演化lllllTransform–縮放,平移和旋轉對邊界（boundaries）和區(qū)域（regions）的分裂和合并創(chuàng)建,刪除和融合交界面（interfaces）融合內(nèi)部邊界將3維網(wǎng)格轉化為2維表面幾何輸入l

可以導入的面網(wǎng)格或幾何:?

.dbs

-

pro-STAR

surface

databasemesh

file?

.inp

-

pro-STAR

cell/vertex

shell

input

file?

.nas

-

NASTRAN

shell

file?

.pat

-

PATRAN

shell

file?

.stl

-

Stereolithography

file1.5現(xiàn)有的物理模型(Version

2.02.009)流動和能量???????無粘,層流,湍流。氣體,液體,固體和多孔介質。共軛傳熱自由表面(VOF)空化(cavitation)輻射類型的熱交換FAN性能曲線修正的動量源項?；灸Ｐ蚻

空間?

二維l?

軸對稱?

三維l時間?

穩(wěn)態(tài)?

顯式非穩(wěn)態(tài)輻射?

Surface-to-surface?

Discreteordinate湍流?????Spallart-AllmarasK-EpsilonK-Omega雷諾應力輸運方程壁面處理(Lowy+,Highy+,All

y+)?

隱式非穩(wěn)態(tài)?壁面距離(Exact,Approximate)l運動?

運動參照系模型#?邊界層轉戾（prescriptive

boundary-layer

transition）?

剛體運動模型燃燒??Eddy

Break

Up

(EBU)Presumed

Probability

DensityFunction

(PPDF),

adiabatic

and

non-adiabaticChap2.STAR-CCM+網(wǎng)格功能面網(wǎng)格?

2.1.1

Surface

Wrapper?

2.1.2

Surface

Remesher?

2.1.3特征線?

2.1.4修補工具（hole

filler,edge

zipper)體網(wǎng)格?

2.2.1

Polyhedral

mesher?

2.2.2

Tetrahedral

mesher?

2.2.3Trimmer?

2.2.4

prsim

layer

mesher模型的演化界面的處理2.1.1

surface

wrapper在導入的CAD數(shù)據(jù)質量較差時,例如存在:洞和縫隙;錯配的邊;多重邊(multipleedges);折疊尖角(sharpanglefolds);很差的三角形狀(如needlescells);交叉(selfintersection);非流形拓撲結構(non-manifoldtopology)時,surfacewrapper可以用來提供一個封閉，流形，非交叉的表面。包括:封閉洞(holes),縫隙(gaps)和錯配的面(mismatches);去掉雙重面(doublesurfaces),除去不需要的內(nèi)部幾何特征;簡化表面,除去不必要的細節(jié);提供基于曲率(curvature),臨近率(proximity)以及對獨立表面的細化2.1.1.1

surface

wrapper的屬性選項l

Surface

wrapper的屬性有3個選項:?

Do

curvature

refinement?

Do

gap

closure?

Do

proximity

refinementl

缺省情況下,只有Docurvature

refinement打開curvaturerefinement,gap

closure,proximityrefinement在附錄中有介紹2.1.1.2

surface

wrapper的全局(global)設定;##使用surfacewrapper時,有如下的全局控制參數(shù):l

basesize;l

gap

closure

size;l

surface

curvature(#Pts/circle

);l

surface

proximity

(Search

Floor,Points

in

a

gap);l

surfacesize;l

wrapper

feature

angle;

andl

wrapper

scale

factor解釋在區(qū)域(region)這一級,有三個選項來進一步控制包面效果,它們是:?

volume

of

interest

specification;?

contact

prevention;?

smallest

wrapping

volume其中體積指定(volume

of

interestspecification)有如下四個選項:?

external;?

largest

internal;?

seed

point;?

nth

largestLargest

internalexternalSeedpointNth

largest解釋2.1.1.3

surface

wrapper區(qū)域(region)設有關區(qū)域Region和邊界(boundary)的概念見附錄定2.1.1.4

surface

wrapper邊界(boundary)設定在邊界(boundary)這一級,對每一個邊界,有四個控制參數(shù):l

custom

gap

closuresize;l

customsurfacecurvature;l

customsurfaceproximity;l

custom

surface

size解釋2.1.2

surface

remesherl

surfaceremesher用來對已有的表面進行再次三角化,以便提高表面三角形質量,為生成體網(wǎng)格做準備.l

Remeshing的效果主要取決你設定的目標尺度,同時可以提供基于表面曲率(curvature),臨近率(proximity)的細化.l

在每個邊界(boundary),可以設定不同的目標尺度,進行局部控制.也可以取消remesher,以便保留原始網(wǎng)格.2.1.2.1

surface

remesher的屬性選項l

Surface

remesher的屬性有兩個選項:?

Do

curvature

refinement?

Do

proximity

refinementl

缺省情況下,兩個選項都打開curvature

refinement,

proximity

refinement在附錄中有介紹2.1.2.2

surface

remesher的全局(global)設定使用surfaceremesher時,有如下的全局控制參數(shù):l

basesize;l

surfacecurvature(#Pts/circle

);l

surface

growth

rate;l

surfaceproximity(SearchFloor,

#

Points

in

a

gap);l

surfacesize解釋2.1.2.3

surface

remesher邊界

(boundary)設定l

在區(qū)域(region)這一級,

remesher沒有控制選項.l

在邊界(boundary)這一級,有如下四個控制參數(shù):?

custom

surface

curvature;

?

custom

surface

proximity;

?

custom

surface

size;?

customize

surface

remeshing解釋2.1.3特征線l

為了抓住想要的幾何特征,得到高質量的網(wǎng)格(無論是面網(wǎng)格還是體網(wǎng)格),有必要定義特征線.所有定義為特征線的邊(edge),將會在meshing過程中保留.l

此外,在進行表面修理時(例如補洞,縫合邊),也需要事先定義特征線.2.1.3.1創(chuàng)建特征線STAR-CCM+里,可以創(chuàng)建下面五種特征線:

sharpedges–創(chuàng)建基于銳邊角度值(Sharpedgeanglevalue)的特征線(缺省值為31度);

free

edges–將所有的自由邊定義為特征線;

non-manifoldedges–將所有的非流形邊定義為特征線;

patchperimeters–將patch的周圍定義為特征線

boundaryperimeters–將邊界的周圍定義為特征線2.1.3.2增加特征線l

特征線可以按照如下方式手動添加2.1.3.3編輯特征線l

可以對特征線進行編輯(重新分組或刪除)2.1.4.面的修補STAR-CCM+里可以利用特征線對表面進行修補.l

補洞(hole

filler)l

縫合邊(edge

zipper)2.1.4.1補洞(hole

filler)2.1.4.2縫合邊(zipping

edge)2.2體網(wǎng)格l

STAR-CCM+有三種體網(wǎng)格模型:?

tetrahedral

mesher?

polyhedral

mesher?

trimmerl

對以上3種網(wǎng)格模型,都可以同時使用prism

layermesher,以便在近壁區(qū)域產(chǎn)生棱柱狀邊界層網(wǎng)格.l

使用volume

source(包括長方體,球體,圓柱體,圓錐體)可以對網(wǎng)格密度進行控制l

當解析結果存在時,生成新的網(wǎng)格后,解析結果會自動映射到新的網(wǎng)格上.2.2.1polyhedral

meshl

使用polyhedral

mesher產(chǎn)生的網(wǎng)格如下:2.2.2

tetrahedral

meshl

使用tetrahedral

mesher產(chǎn)生的網(wǎng)格如下:2.2.3

Trimmed

meshl

使用trimmer產(chǎn)生的網(wǎng)格如下:2.2.4

prism

layer

mesh邊界層網(wǎng)格有如下控制參量:l

邊界層層數(shù);l

邊界層厚度;l

邊界層分布(三種方法任選其一):?

stretchingfactor

?

near

wall

thickness?

thickness

ratioStretching

factor:相鄰兩層厚度之比Near

wall

thickness:最靠近壁面那一層的厚度

Thickness

ratio:最外層和最內(nèi)層厚度之比2.3模型的演化三維網(wǎng)格轉化二維網(wǎng)格針對區(qū)域(region)的演化?

2.3.2.1區(qū)域的縮放?

2.3.2.2區(qū)域的平移?

2.3.2.3區(qū)域的旋轉?

2.3.2.4區(qū)域的合并?

2.3.2.5區(qū)域的分割針對邊界(boundary)的演化?

2.3.3.1邊界的合并?

2.3.3.2邊界的融合?

2.3.3.3邊界的分割?

2.3.3.4邊界的投影2.3.1:三維網(wǎng)格轉化二維l

導入三維網(wǎng)格后,任何位于Z=0平面的邊界(boundary)都可以被抽取出來,然后作為二維網(wǎng)格來計算.2.3.2.1區(qū)域的縮放2.3.2.2區(qū)域的平移2.3.2.3區(qū)域的旋轉2.3.2.4區(qū)域的合并2.3.2.5區(qū)域的分割l

通過連續(xù)性對區(qū)域進行分割2.3.2.5區(qū)域的分割(續(xù)):通過函數(shù)l

可以通過用戶場函數(shù)來對區(qū)域進行分割,例如通

過Tools>Field

functions>new

function,建立名為User

Field

Function

1的用戶函數(shù):($$Centroid[0]

<

4)

?

0

:

1然后通過該函數(shù)對圖示區(qū)域進行分割.2.3.3.1邊界的合并2.3.3.2邊界的融合2.3.3.3邊界的分割有五種方法可以進行邊界的分割:l

splitting

non-contiguousboundaries;l

splitting

boundaries

by

angle;l

splitting

by

function;l

splitting

by

patches;l

splitting

by

feature

curves2.3.3.4邊界的投射l

有時為了創(chuàng)建交界面或是抽取二維網(wǎng)格,需要將一條起伏的邊界投射到某一平面上,這時可以使用邊界的投射功能2.4界面(interface)的處理界面(Interfaces)可以由現(xiàn)存的邊界(boundary)創(chuàng)建:l

由兩條邊界創(chuàng)建一個界面l

將一條邊界轉化為界面界面可以用來:l

創(chuàng)建baffle或porousbaffles;l

創(chuàng)建周期性邊界l

將兩塊同一類型或不同類型的區(qū)域連接起來.界面的類型見附錄2.4.1由兩條邊界創(chuàng)建交界面l

選擇兩條需要定義為界面的邊界,可以創(chuàng)建一個交界面.然后在Interfaces節(jié)點上會出現(xiàn)一個新的界面名稱.在Interfaces下會出現(xiàn)一個新的節(jié)點.2.4.2將一條邊界轉化為交界面將一條邊界轉化為交界面時:l

這條邊界(boundary)會自動生成一份拷貝;l

一個in-place類型的交界面會自動創(chuàng)建Chap.3

STAR-CCM+計算設定物理模型邊界條件初始條件Solver參數(shù)監(jiān)控(monitor)設置終止判據(jù)3.1物理模型空間二維,三維,軸對稱時間穩(wěn)態(tài),顯式非穩(wěn)態(tài),隱式非穩(wěn)態(tài)運動靜止,剛體運動,運動參照系材料氣體,液體,固體,多組分氣體,多組分液體,多相流(VOF,可以考慮空化)流動耦合求解,分離求解狀態(tài)方程常密度,理想氣體,多項式密度粘性格式無粘,層流,湍流輻射Surface-

to-

surface,Discrete

ordinate其他被動標量,重力,etc3.1物理模型(續(xù))湍流模型K-EpsilonLien

Low-

ReAKN

Low-

ReRealizable

K-

ERealizable

2

-

layer

K-

EStandard

K-

EStandard

2

-

layer

K-

EK-OmegaBSL

K-

OmegaSST

K-

OmegaStandard

(

wilcox)

K-

Omega雷諾應力模型線性壓力應變線性壓力應變(2層)二次壓力應變Spalart-Allmaras標準Spalart-Allmaras高雷諾數(shù)Spalart-Allmaras3.2邊界條件STAR-CCM+使用如下的邊界條件:l velocityinlet;l symmetryplane;l

wall;l

stagnation

inlet;l

pressure

outlet;l

mass

flow

inlet;

l

free-stream;

andl

flow-split

outlet.選擇類型定義大小3.3初始條件初始條件可以通過如下方法設定:l 使用定值;l 使用場函數(shù)l 使用列表數(shù)據(jù).此外,還可以對每個單獨的區(qū)域設定進行定制。注:現(xiàn)在的版本不支持通過UserCode來定義初始條件3.3.1使用定值l 通常情況下,大多數(shù)初始條件均直接輸入定值。3.3.2使用自定義場函數(shù)步驟:①

定義場函數(shù)②

選擇該變量指定方式為FieldFunction③

選中已定義的場函數(shù)例如在VOF兩相流計算中，指定空氣的體積份數(shù)為:($$Position[0]>=-1)?1:03.3.3通過列表數(shù)據(jù)指定步驟:①

讀入列表數(shù)據(jù)②

選擇指定方式為Table(*)③

選中已讀入的table數(shù)據(jù)1233.4

Solver參數(shù)l 在Solver節(jié)點,可以調(diào)整諸如松弛因子,Courant數(shù)之類的求解器參數(shù)3.5監(jiān)控(monitor)設置STAR-CCM+可以提供兩種監(jiān)控:l 殘差監(jiān)控(residualmonitors)l 基于Report的監(jiān)控(report-basedmonitors)3.5.1殘差監(jiān)控l 殘差（residual)代表各守恒方程在控制單元的不滿足程度。缺省情況下,在進行運算時殘差監(jiān)控（Monitors)和殘差顯示(plots)會自動創(chuàng)建。3.5.2基于報告(Report)的監(jiān)控l

基于Report的監(jiān)控可以用來監(jiān)視我們感興趣的變量（例如壓力系數(shù)）在迭代過程中的變化情況。l

任何一個report都可以用來

創(chuàng)建監(jiān)控(Monitor),同時基于

report的監(jiān)控(Monitor)可以用做計算的終止判據(jù)。3.6.終止判據(jù)l

使用自動生成的終止判據(jù)?

穩(wěn)態(tài)?

非穩(wěn)態(tài)l

使用基于監(jiān)視(monitor)的終止判據(jù)?

最大值?

最小值?

漸進值3.6.1使用自動生成的終止判據(jù)l

穩(wěn)態(tài)?

Maximum

Steps;?

Stop

File:l

非穩(wěn)態(tài)