热流体仿真训练报告要求

实训报告

实训内容：热流体仿真训练

学生姓名：

学号：

专业班级：

指导教师：

时间： 2018.9.3-2018.9.7

2018年 9月 8日

STAR-CCM+简介

STAR-CCM+(Computational Continuum Mechanics)是CD-adapco 集团推出的新一代CFD软件。采用最先进的连续介质力学数值技术(computational continuum mechanics algorithms)，并和卓越的现代软件工程技术结合在一起，拥有出色的性能和高可靠性，是热流体分析工程师强有力的工具。 STAR-CCM+界面非常友好，对表面准备，如包面(surface wrapper)、表面重构(surface re-mesh)及体网格生成(多面体-polyhedral、四面体-tetrahedral、六面体核心网格-trim)等功能进行了拓展；且在并行计算(HPC)上取得巨大改进，不仅求解器可以并行计算，对前后处理也能通过并行来实现，大大提供了分析效率。在计算过程中可以实时监控分析结果（如矢量、标量和结果统计图表等），同时实现了工程问题后处理数据方面的高度实用性、流体分析的高性能化、分析对象的复杂化、用户水平范围的扩大化。由于采用了连续介质力学数值技术，STAR-CCM+不仅可进行流体分析，还可进行结构等其它物理场的分析。目前STAR-CCM+正在应用于多达2亿网格的超大型计算问题上，如方程式赛车外流场空气动力分析等项目。 STAR-CCM+着眼于未来20年内工程领域的挑战。

STAR-CCM+的显著特点：

一．友好的用户界面

1. 面向对象的图形用户界面；

2.数据管理系统，数据的保存、恢复；快速的、按需进行的数据读取；二进制，操作平台的无依

赖性；并行计算的无依赖性；3．用户子程序，Java语言描述，用户自定义边界条件、源项和后处理函数；4．运行环境；5.丰富的图片系统；6.文档，在线帮助系统：浏览与查找功能；F1热键：上下文相关信息

二．几何的自动和手动修复功能

1. 对输入的几何进行自动或者手动的修复，基于点、线、面的修补功能，强大且灵活

2.便捷的选择工具和显示工具

三、包面功能（wrapper）

1.表面处理常常是CFD应用中的一个障碍，对一个复杂形体的表面处理往往耗费大量的时间，对一个非常复杂的结构，往往表面处理的过程需要数周甚至几个月时间，同时也需要大量的人工干涉过程。

2.包面的目的：针对一个复杂的形体，在给出任意CAD格式的文件后，不需任何人工干涉，自动形成可生成体网格的完全封闭的、无任何泄漏的面。

四、STAR-CCM+多面体网格（polyhedral）

STAR-CCM+ “蜂窝猜想”的数学问题一直到1999年6月才得到完全证明：六边形拓补网格可以利用最少的周长划分相同面积。

四面体是一种比较简便的自动划分方式。每个四面体有四个相邻单元，对于单元中心的数值是采用线性的近似。但是，当相邻节点的空间位置接近于一个平面时，垂直于这个面的梯度就难以计算准确；当一个单元的面位于边界上时，它的相邻三个单元计算可能出现计算不准，在计算区域的边和角的位置，四面体的问题更突出。

多面体网格克服了传统网格的缺点：

1. 有更多的相邻单元，梯度的计算和当地的流动状况预测更准确。

2. 多面体对几何的变形没有四面体敏感。智能的网格工具使得单元可以自动融合、分裂，或者增加新的点、线、面。

3. 对于回流的流动，例如顶盖驱动的空穴流，多面体的计算精度甚至超出Hexa网格。STAR-CCM+可以接受目前流行网格生成软件的网格（Hexa、Tetra等），也可以解算多面体网格（Poly）。多面体网格和相同数量的四面体网格（Tetra）相比，不但计算结果更精确，而且解算速度快3～5倍。STAR-CCM＋具有功能强大的网格生成器，可自动划分多面体网格、四面体网格、Trimmed网格。

五、大规模并行计算能力：

1．STAR-CCM+ 使用client-server 架构，仿真文件在server上创建并求解，在client上操作工作界面 2.基于C++的服务器，基于Java 的小型化客户端。3. STAR-CCM+能实现10亿左右网格的大规模并行计算。除了在解算器方面，在前后处理方面也实现了多CPU并行能力

4.易用性。用户只需在界面上指定机器名和CPU数，就可以全面实现并行处理。

软件操作

1.安装好软件之后，点击图标打开软件，左键打开“文件”，点

击“新建”，在弹出的窗口中，点击“确定”，等待软件反应。

2.点击“几何”节点，右键单击“3D-CAD模型”，左键点击“新

建”，等待软件反应。

3.右键单击“YZ”节点，然后左键单击“创建草图”，点击可

显示网格并摆正网格，再点击可设置网格尺寸，点击窗口下方“确定”。

4.根据题目要求，开始绘制草图，在左边编辑栏下，可以设置半

径，根据学号，大圆半径30mm，进行拉伸。

5.旋转3D-CAD 视图1 场景内的模型，单击（查看草图平面

法向）。

6.在Vis 工具栏内，单击（使场景透明）。

7.在创建草图实体框中，单击（创建圆），小圆半径7.5mm，草

图绘制完毕，可进行拉伸，大圆拉伸60mm,小圆拉伸32mm。

拉伸成功再“创建圆角”，圆角半径1mm，将两个圆柱“合并”。

8.右键单击大圆重命名“in”,小圆“out”,以指定出入口，关闭

3D-CAD，并保存。

9.右键单击3D-CAD节点，点击“新建几何零部件”，在弹出窗

口中接受默认设置。

10.要定义计算域，应将气旋隔膜几何零部件分配给区域。

11.右键单击几何> 零部件> 流体节点，并选择将零部件分配

至区域。

12.在将零部件分配至区域对话框中，选择：

a. 为每个零部件创建一个区域

b. 为每个零部件表面创建边界

单击应用，然后单击关闭。

13.利用定义入口、出口和主流体体积的边界创建新区域。

14.检查并确保正确定义了区域和边界；

15.创建几何场景。

16.展开区域> 流体> 边界节点，并选择每个边界节点，以确

保正确指定这些节点

17.创建物理连续体，选择物理连续体-物理1 节点，右键单击模

型，选择以下模型