STAR-CCM(chinese)1

CAD
(Parasolid, IGES, STEP, STL, Patran, Nastran, pro-STAR (.dbs, .inp/.vrt/.cel )
5分结束
Poly
Chapter1
包面
表面重构
体网格
模式 2
CAD (Parasolid, IGES, STEP, STL, Patran, Nastran, pro-STAR (.dbs, .inp/.vrt/.cel )
边界层网格 边界层网格
四面体网格 四面体网格
剪裁体网格 剪裁体网格
Chapter1
Polyhedral Mesh （多面体）
Chapter1
Tetrahedral Mesh（四面体）
Chapter1
Trimmed Mesh （ Hexahedral:6面体核心）
Chapter1
Trimmed Mesh （Dodecahedral:12面体核心）
Chapter0
0-4．紊流模型
为了表现比网格分辩率还小的小旋涡对流动的影响，采用被称为紊流模型的物理 模型是必不可少的。
一般的，求解时间平均化了的N-S方程 (RANS方程式=Reynolds Averaged NavierStokes)，可作为Raynalds应力的体现，由 此发展出一系列紊流模型。 但是，在非线性很强的情况下问题会变 得很困难。
车体表面
为了以计算机，用数值的方法计算， 在所选出的区域内对连续的空气空间进 行分割。(图3)
行进速度
大气压
更细的空间分割程度，能提高计算的分辨率。
图4
因为是流体的流动计算，计算对象是除去汽车车体之外的空气区域
图3
从边界条件和内部形状等得到计算结果，每个网格有速度矢量、压力 、质量等结果信息 由于计算对象的空间被分割为网格，所以在1个网格内可作为同样的状态 （物理量）进行计算
层流和湍流的转捩模拟
超音速流模拟
发动机缸内流动模拟
Chapter1
多孔介质 热流固耦合 辐射
【多孔介质】 热交换器内部流动模拟 【热流固耦合】 翅片换热器内部流动模拟
【热流固耦合・辐射】 列车刹车盘模拟
Chapter1
自由表面 气蚀 燃烧
【自由表面】 气泡在水/油中上升过程模拟
【自由表面】 船体附近流动模拟
Chapter1
多面体网格
四面体网格
Trimmed Mesh （六面体核心）
Chapter1
Trimmed Mesh （十二面体核心）
Tips.
STAR-CCM+可接收的文件类型
STAR-CCM+可以读入的网格文件类型包括。 • STL file (*.stl) • IGES file (*.iges，*.igs) • STEP file (*.step，*.stp) • Parasolid Transmit file (*.x_b ，*.x_t ) • pro-STAR database file (*.dbs) • pro-STAR input (cell/vertex) file (*.inp) • STAR CCM file (*.ccm) • pro-STAR mesh file (*.ngeom) • NASTRAN file (*.nas) • PATRAN file (*pat) • FLUENT case file (*cas)
15分钟完成
Remesh
Poly
Chapter1
包面
表面重构
体网格
模式 3-1
Surf Wrapper
(STL)
15分钟完成
Remesh
Poly
Chapter1
包面
表面重构
体网格
模式 3-2
抽出流体部分
CAD
(Parasolid)
1ly
Chapter1
导入的复杂几何表面，可以使用[Surface Wrapper]和[Surface Remesher] 功能将 导入的表面处理成更好更适合生成体网格的表面。
Number of Cells
多面体模型只需要四面体网格数的1/4，但计算精度相当。 对网格数量的依赖性比四面体更小。
多面体网格：593，888
Chapter1
1-2．STAR-CCM+的功能
本节介绍STAR-CCM+的功能。 在介绍STAR-CCM+的功能时，引出了一些术语，为了方便以后对STAR-CCM+ 更好地学习，有必要掌握这些术语的知识。 1-2-1. 1-2-2. 1-2-3. 1-2-4. STAR-CCM+的模拟功能 STAR-CCM+的模拟流程 STAR-CCM+的网格生成功能 STAR-CCM+术语
Chapter0
0-3．Navier-Stokes方程
Navier-Stokes方程式完整描述了流体的运动。
欧拉（1707～1783） 瑞士数学、物理学、天文学家
欧拉方程 描述无粘性流体的运动 考虑粘性
纳维尔（1785～1836） 法国数学、物理学家
Navier-Stokes方程 完整描述流体的运动
表面 表面 导入 导入 表面 表面 导入 导入 表面 表面 导入 导入 表面 表面 包面 包面 表面 表面 重构 重构 表面 表面 重构 重构
模式1
体网格 体网格
边界层 边界层
模式2
体网格 体网格
边界层 边界层
模式3
体网格 体网格
边界层 边界层
表面准备
体网格生成
Chapter1
包面
表面重构
体网格
模式 1
【气蚀】 柴油机喷射流动模拟
【燃烧】 燃烧器模拟
Chapter1
6自由度运动 多重旋转参考坐标系 滑移网格（网格不产生变形）
【6自由度运动】 轮船在海上航行模拟
【多重旋转参考坐标系】 压缩机模拟
【滑移网格】 液力变矩器模拟
Chapter1
1-2-2．STAR-CCM+的模拟流程
STAR-CCM+的模拟流程说明。 STAR-CCM+采用树状结构，自上而下的过程使分析更加便捷。 模拟流程
Chapter1
1-2-4．STAR-CCM+术语
下面说明一下STAR-CCM+使用中的四个术语。 － Region（区域） － Boundary（边界） － Interface（交界面） － Continua（连续体） 各术语的意义使用下面的模型来解释。
Chapter1
多面体模型对网格数量的依赖性比四面体小。
7
6
Delta P (kPa)
四面体
5
两种不同类型网格数 vs 压力损失
多面体
4
四面体网格：2，322，106
43.25 hours 1.6 hours < 3% error 10 hours
3 10000 100000 1000000 10000000
导入
包面
重构
Chapter1
STAR-CCM+可以生成三种类型的网格。 － Polyhedral Mesh （多面体网格） － Tetrahedral Mesh （四面体网格） － Trimmed Mesh （以6面体或12面体为核心的网格） 选择其中之一网格生成器。
体网格 体网格
多面体网格 多面体网格
流速，压力等 边界条件 边界条件 网格 网格 网格 网格
以网格上离散的值构建差分方程的方法称为差分格式，离散网格上的差分方程是连 续空间上的微分方程的近似。使用不同的差分格式，计算的精度、稳定性都有变 化。 从上风获得网格的值 上风差分(UD)格式=Upwind Differencing 一阶精度 MARS格式=Monotone Advection And Reconstruction Scheme 二阶精度
Chapter0
Chapter1
STAR-CCM+概述
Chapter1
1-1．STAR-CCM+概述
STAR-CCM+的概述相关说明。 1-1-1. 1-1-2. STAR-CCM+概述 多面体网格的特征
Chapter1
1-1-1．STAR-CCM+概述
STAR-CCM+的特征相关说明。 操作过程流程化，不需要额外复杂的操作 新GUI面板使操作更简易化
斯托克斯(1819～1903) 爱尔兰数学、物理学家
∂ (ρΦ ) + ∂ ( u j Φ ) − ∂ ρ ∂t ∂x j ∂x j
非定常项 对流项
⎛ ∂ ⎞ ⎜D Φ⎟ = S ⎜ ∂x ⎟ j ⎝ ⎠
扩散项 源项
Navier-Stokes方程离散化的过程还留有某些问题，那就是比网格的分辩率还小的小 旋涡(混乱)引起的问题。包含这些小旋涡的流动称为紊流，紊流从大的旋涡慢慢向 小的旋涡扩散。如果使用比这些小旋涡还小的网格来计算，计算规模将非常大，现 代的计算机处理能力远远达不到实用阶段，所以有必要使用紊流模型来近似。
任意的多面体形状
多面体
Chapter1
1-1-2．多面体网格特征
多面体网格的收敛性更优于四面体网格。 只需要更少的迭代步数，Cd，Cl值便可达到比较稳定的收敛数值。
迭代步数 vs Cd， Cl值 四面体网格：2，131，703 (1.3GB内存)
迭代步数 vs Cd， Cl值 多面体网格 ：353，022 (900MB内存)
0．CFD是什么？
在进入正文之前，什么是CFD？在进行CFD时需要注意什么？本章先作一些简单 介绍。 0-1．用计算机来解决流动问题？ 0-2．网格与差分方法 0-3．Navier-Stokes方程 0-4．紊流模型
Chapter0
0-1．用计算机来解决流动问题？
CFD = Computational Fluid Dynamics = 计算流体动力学。所谓CFD，是以计算机 为工具，用数值的方法来解决『流动』问题的流体力学。下面考虑一个简单的例 子。
层流
紊流
？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？
不能捕捉细小的混乱
紊流模型有很多种类。根据旋涡粘性(紊流粘性)的概念近似Raynalds应力，效果较 好，应用方便，构成了紊流模型中很大一类。
紊流模型 时间平均模型 RANS 应力模型 层流计算 空间平均模型 LES (Large-eddy simulation) 紊流粘性模型 线性紊流粘性 非线性紊流粘性 RSM (Reynolds Stress models)
Chapter1
1-2-1．STAR-CCM+的模拟功能
定常 / 非定常 Coupled（耦合） 求解，Segregated （分离）求解 不可压缩 / 可压缩 非粘性 / 层流 / 湍流 －k-ε系列模型 －k-ω系列模型 －Spalart-Allmaras系列模型 －RSM系列模型 －LES系列模型 －DES系列模型
网格尺寸和 网格尺寸和 模拟设定 模拟设定 结果后处理 结果后处理 分析 分析
几何表面导入 几何表面导入
创建网格 创建网格
后处理准备 后处理准备
树状模拟管理结构
Chapter1
1-2-3．STAR-CCM+的网格生成功能
使用STAR-CCM+进行模拟首先需要一套网格，网格的生成过程及模式如下说 明。
Chapter0
0-2．网格与差分方法
将求解区域的空间分割为网格，以网格上的离散的值来近似空间上连续的值，称为 离散化。每一个解析网格即一个控制体。
解析网格
网格（控制体）
计算时，从边界条件处获得物理量的值，在相邻网格之间有着质量、动量和能量的 传递。随着计算的推进，得到全部网格上流速、压力和密度等物理量的值。
START UP
STAR-CCM+
Next Generation CFD
CDAJ-China
开始
此教程适用于STAR-CCM+的初学者，读者可以参照实际的例题一边操作 STAR-CCM+一边学习，以掌握STAR-CCM+的基本使用方法。 此教程使用3个例题较全面地介绍了STAR-CCM+的功能和使用方法。 此教程的目的在于帮助读者理解STAR-CCM+的网格生成、模拟条件设定、后 处理等一系列计算流体力学的要素。
GUI设定采用 树状结构 所有操作可以在GUI中全部完成
清晰明了，通过对话框选择设定 不易遗漏和出错
Chapter1
工程应用实用性很强
对任意工程参数的监测， 实时结果显示， 包括矢量和标量等 可以用来判定收敛
Cp : 压力系数
Cd : 阻力系数 Cl : 升力系数 残差 速度
实时结果显示（矢量，标量，监控数据等） 利用各种工程参数判定收敛（流量，力，温度，用户自定义的各种物理量） Chapter1
图1
左图的例子，汽车周围到天空，空气是连续存 在的，把全部的空气做为计算对象是不现实的。 (图1) 通常的分析中，我们选出有限大的区域，在计 算中设定这个区域，在区域边界处给予某种条件 即边界条件。(图2)
考虑汽车行进中周围的空气阻力
图2
无摩擦 需要对计算对象区 域的边界给予某种 条件(边界条件)
前方来流 条件