STARCCMchinese1资料下载.pdf
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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。
0-2网格与差分方法解析网格网格(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。
边界条件边界条件边界条件网格边界条件网格?
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=UpwindDifferencing一阶精度MARS格式=MonotoneAdvectionAndReconstructionScheme二阶精度流速,压力等网格网格网格网格网格网格Chapter0Chapter0?
Navier-Stokes方程式完整描述了流体的运动。
0-3Navier-Stokes方程欧拉(17071783)瑞士数学、物理学、天文学家欧拉(17071783)瑞士数学、物理学、天文学家欧拉方程欧拉方程纳维尔(17851836)纳维尔(17851836)法国数学、物理学家法国数学、物理学家斯托克斯(18191903)斯托克斯(18191903)爱尔兰数学、物理学家爱尔兰数学、物理学家描述无粘性流体的运动Navier-Stokes方程描述无粘性流体的运动Navier-Stokes方程完整描述流体的运动完整描述流体的运动考虑粘性考虑粘性?
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。
()()SxDxuxtjjjj=+非定常项对流项扩散项源项非定常项对流项扩散项源项Chapter0Chapter0?
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。
0-4紊流模型层流紊流层流紊流?
不能捕捉细小的混乱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。
紊流模型紊流模型一般的,求解时间平均化了的N-S方程(RANS方程式=ReynoldsAveragedNavier-Stokes),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。
时间平均模型时间平均模型RANS空间平均模型空间平均模型LES(Large-eddysimulation)紊流粘性模型紊流粘性模型应力模型应力模型RSM(ReynoldsStressmodels)层流计算层流计算线性紊流粘性线性紊流粘性非线性紊流粘性非线性紊流粘性Chapter1Chapter1Chapter1STAR-CCM+概述概述Chapter1Chapter11-1STAR-CCM+概述概述?
STAR-CCM+的概述相关说明。
1-1-1.STAR-CCM+概述1-1-2.多面体网格的特征Chapter1Chapter11-1-1STAR-CCM+概述概述?
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GUI设定采用树状结构GUI设定采用树状结构清晰明了,通过对话框选择设定不易遗漏和出错清晰明了,通过对话框选择设定不易遗漏和出错所有操作可以在GUI中全部完成所有操作可以在GUI中全部完成Chapter1Chapter1?
工程应用实用性很强?
实时结果显示(矢量,标量,监控数据等)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)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)实时结果显示,包括矢量和标量等实时结果显示,包括矢量和标量等残差残差速度速度Cd:
阻力系数Cl:
升力系数Cd:
升力系数对任意工程参数的监测,可以用来判定收敛对任意工程参数的监测,可以用来判定收敛Cp:
压力系数Cp:
压力系数Chapter1Chapter1?
任意的多面体形状多面体Chapter1Chapter11-1-2多面体网格特征多面体网格特征迭代步数vsCd,Cl值迭代步数vsCd,Cl值四面体网格:
四面体网格:
2,131,703(1.3GB内存内存)多面体网格:
多面体网格:
353,022(900MB内存内存)?
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。
Chapter1Chapter13456710000100000100000010000000NumberofCellsDeltaP(kPa)?
多面体模型只需要四面体网格数的多面体模型只需要四面体网格数的1/4,但计算精度相当。
,但计算精度相当。
对网格数量的依赖性比四面体更小。
多面体多面体四面体四面体43.25hours10hours1.6hoursNewSimulation。
CreateaNewSimulation对话框出现。
选择单线程Serial。
单击OK。
1Tips!
需要并行处理时,选择Parallel,具体的设定方法请参照APPENDIX:
B。
234Chapter2Chapter22-2-3网格数据的读入网格数据的读入?
读入网格数据。
-单击FileImport。
出现打开对话框。
-选择文件star.ccm,点击打开。
出现ImportMeshOptions对话框。
反选Opengeometry项。
点击OK。
21345687选中Opengeometry项的话,读入网格数据后会自动生成一个视图(Scene)。
为了在后面章节中详细介绍视图(Scene)功能,所以这里反选了此项。
Chapter2Chapter22-2-4STAR-CCM+的界面的界面?
网格数据读入后,各种可操作对象均显示在界面中。
主菜单主菜单(Menu)工具栏工具栏(Toolbar)属性窗口属性窗口(PropertiesWindow)视图窗口视图窗口(GraphicsWindow)输出窗口输出窗口(OutputWindow)树状模拟管理窗口树状模拟管理窗口(SimulationTree)Chapter2Chapter22-2-5STAR-CCM+的文件的文件?
STAR-CCM+的模拟保存之后只产生一个模拟文件(*.sim),网格数据、分析条件、结果信息等全部保存在模拟文件中。
保存模拟文件。
点击FileSave。
出现保存对话框。
选择保存的文件夹。
输入文件名。
点击保存。
12345Chapter2Chapter22-2-6视图显示视图显示?
将几何模型显示在视图窗口中。
使用Scene功能来实现几何模型、速度矢量、压力标量等视图的显示。
右键点击SceneNewSceneGeometry。
在视图窗口中显示出几何模型。
12Tips!
Scene也会被保存在模拟文件(*.sim)中。
但是新打开模拟文件的时候并不显示在视图窗口中,需要双击欲显示的Scene或右键点击选择Open。
Chapter2Chapter2种类旋转旋转放大放大/缩小缩小平移平移鼠标左键鼠标中键鼠标右键方法缩小放大缩小放大2-2-7鼠标视图操作鼠标视图操作?
使用鼠标操作在视图窗口中实现旋转、放大/缩小、平移。
Chapter2Chapter22-2-8Scene工具栏工具栏新建、打开Scene。
将全部模型居中显示在视图窗口。
旋转模型。
通过点击2点确定一个矩形的放大区域。
视图的保存、设定、选择。
后退(Undo)到前一步的视图。
前进(Redo)到后一步的视图。
透视模型。
通过点击2点确定截面位置。
通过点击2点测量距离。
Scene工具栏上按钮的作用说明如下:
Chapter2Chapter22-2-9显示网格线显示网格线?
显示网格线。
点击Geometry1DisplayersGeometry1。
切换到Geometry1属性窗口。
选中Mesh。
网格线显示在视图窗口中。
如果没有显示SceneExplorer窗口,请从WindowSceneExplorer打开。
1234Chapter2Chapter2?
本节对物理模型(本节对物理模型(PhysicsContinuum)的设定方法进行详细说明。
)的设定方法进行详细说明。
2-3-1.设定物理模型2-3-2.设定物性值2-3模型设定模型设定Chapter2Chapter2?
设定物理模型。
右键点击ContinuaPhysics1,选择Selectmodels。
打开PhysicsModelSelection面板。
122-3-1设定物理模型设定物理模型Chapter2Chapter2?
设定计算条件。
选择MotionStationary。
被选择了的模型会追加到右边的EnabledPhysicsmodels栏里。
选择MaterialLiquid。
选择FlowSegregatedFlow。
1234Chapter2Chapter2选择EquationofStateConstantDensity。
选择TimeSteady。
选择ViscousRegimeTurbulent。
567Chapter2Chapter2选择TurbulenceK-EpsilonTurbulence。
确认所有设定,然后点击Close。
98Chapter2Chapter2Physics1ModelsLiquidH2O节点下的流体密度、粘度系数物性值,可以在此进行修改。
本例使用默认的数值。
1?
设定物性值。
Tips!
物性值可以从STAR-CCM+的物性值数据库中选择。
右键点击H2O,选择Replacewith,从数据库中选择需要的流体物性。
2-3-2设定物性值设定物性值Chapter2Chapter2?
本节对边界条件(本节对边界条件(Boundary)的设定方法进行详细说明。
2-4-1.入口边界条件设定(inlet)2-4-2.出口边界条件设定(outlet)2-3-2设定边界条件设定边界条件Chapter2Chapter2?
设定in的边界类型。
点击RegionsZoneBoundariesin。
在属性窗口中把Type更改为VelocityInlet。
12-4-1入口边界条件设定(入口边界条件设定(inlet)2Chapter2Chapter2?
设定in的入流条件。
点击RegionsZoneBoundariesinPhysicsValuesVelocityMagnitudeConstant。
在属性窗口中把Value的值更改为1.0。
改动数值后需要按回车键Enter生效。
数值的单位会自动赋予。
入流方向是垂直于Boundary面,指向计算域内部的。
2Chapter2Chapter2?
设定out的边界条件。
点击RegionsZoneBoundariesout。
在属性窗口中把Type更改为PressureOutlet。
12-4-2出口边界条件设定(出口边界条件设定(outlet)2Chapter2Chapter2?
设定out的出流条件。
:
参考压力参考压力的值在ContinuaPhysicsReferenceValesReferencePressure中进行设定。
点击BoundariesoutPhysicsValuesStaticPressureConstant。
在属性窗口中把Value的值更改为0.0。
Chapter2Chapter2?
本节对计算结果的显示方法进行说明。
2-5-1.结果显示设定(压力云图)2-5结果显示设定结果显示设定Chapter2Chapter2?
设定压力云图。
点击图标Create/OpenScenesScalar。
展开ScalarScene1的目录树。
22-5-1结果显示设定(压力云图)结果显示设定(压力云图)1Chapter2Chapter2?
选择显示对象。
点击ScalarSceneDisplayersScalar1Parts。
在属性窗口中选择Parts。
点击按钮。
点击Close。
将显示对象变更为压力云图。
点击ScalarScene1DisplayersScalar1ScalarField。
在选型窗口的Function里,选择Pressure。
云图的刻度栏变为Pressure(Pa)。
123Chapter2Chapter2?
变更照明的相关设定。
右键点击ScalarScene1AttributesLight。
选择HeadLight。
12Chapter2Chapter2?
变更显示状态。
选择工具栏上的Save-Restore-SelectviewsLookDown+ZUp-Y。
显示状态被变更。
本节对计算的执行方法进行说明。
2-6-1.执行计算2-6-2.STAR-CCM+的退出方法2-6执行计算执行计算Chapter2Chapter2?
执行计算。
点击工具栏上的Run。
Residuals窗口自动打开,计算开始执行。
点击ScalarScene1切换到云图显示窗口。
窗口显示为压力云图。
12-6-1执行计算执行计算2随着计算进行实时更新。
34Chapter2Chapter2?
退出STAR-CCM+。
点击主菜单FileExit。
Save对话框出现。
若要保存模拟文件,选择Save。
若不保存模拟文件,选择DiscardAll。
1232-6-2STAR-CCM+的退出方法的退出方法Chapter3Chapter3Chapter3飞艇周围的流动模拟飞艇周围的流动模拟?
模拟概述模拟概述飞艇周围的流动模拟。
学习内容学习内容掌握使用STAR-CCM+进行流动模拟的流程。
掌握计算条件的设定流程。
掌握网格的生成方法。
掌握计算执行方法。
掌握如何使用所关心的工程数据作为收敛判据的方法。
掌握模拟结果的后处理方法(流线、动画)。
操作流程操作流程1.启动2.读入几何数据3.设定计算条件4.网格生成5.设定结果显示6.模拟计算Chapter3Chapter3?
本节是对飞艇周围的流动模拟的概述。
3-1-1.模拟概述3-1-2.模型尺寸3-1模拟概述模拟概述Chapter3Chapter33-1-1模拟概述模拟概述?
物性:
空气?
密度:
1.1842kg/m3?
粘度系数:
1.855e-5Pas流体物性?
速度:
10m/s入口出口Chapter3Chapter33-1-2模型尺寸模型尺寸单位:
m40095115190203111.51502.58.5Chapter3Chapter33-2网格的生成网格的生成?
本节详细说明了模型的网格生成方法。
3-2-1.启动STAR-CCM+3-2-2.读入表面数据(SurfaceData)3-2-3.保存模型3-2-4.确认模型3-2-5.网格生成的流程3-2-6.使用包面(SurfaceWrapper)的原因3-2-7.设定网格模型(MeshingModels)3-2-8.设定网格尺寸和参数Chapter3Chapter33-2-1启动启动STAR-CCM+?
启动STAR-CCM+。
Windows操作系统,双击STAR-CCM+的图标。
Unix/Linux操作系统,输入以下的命令:
%starccm+STAR-CCM+启动完成之后,点击主菜单FileNewSimulation。
CreateaNewSimulation对话框出现。
选择Serial。
21534Chapter3Chapter33-2-2读入表面数据读入表面数据(SurfaceData)?
读入飞艇的表面几何数据。
点击主菜单FileImportSurface。
打开对话框出现。
选择airship.stl。
点击打开。
Importsurfaceoptions对话框出现。
确认Units单位项里选择的是m(米)。
1347256Chapter3Chapter33-2-3保存模型保存模型?
保存对话框出现。
选择保存到的文件夹。
输入文件名airship。
12345Chapter3Chapter33-2-4确认模型确认模型?
设定视图显示。
点击工具栏里MakeSceneTransparent。
点击工具栏里Save-Restore-SelectviewsLookDown+YUp+Z。
点击工具栏里Save-Restore-SelectviewsStoreCurrentView。
点击工具栏里Save-Restore-SelectviewsRestoreView,可以看到当前已经保存的视图状态。
选择RestoreView里的缩略图就可以恢复到保存过的视图状态。
234这里保存的视图状态,在设定结果显示的时候会使用到。
这里保存的视图状态,在设定结果显示的时候会使用到。
Chapter3Chapter3?
确认读入的表面数据。
点击GeometryScene1Geometry1。
在Properties属性窗口中,勾选Mesh项。
123Chapter3Chapter33-2-5网格生成的流程网格生成的流程?
网格生成的流程说明如下。
SurfaceImportSurfaceImportSurfaceWrapperSurfaceWrapperSurfaceRemesherSurfaceRemesherPolyhedralMesherPolyhedralMesherPrismLayerPrismLayerimportWrappedRemeshedPoly+PrismChapter3Chapter3?
若读入的表面数据存在以下问题,则不能使用STAR-CCM+直接生成体网格。
表面错配(Mismatch)表面之间有交叉和干涉(Intersection)表面有洞(Hole)和缝隙(Gap)3-2-6使用包面使用包面(SurfaceWrapper)的原因的原因表面错配表面之间有交叉和干涉Chapter3Chapter3?
使用下面的面板来确认表面数据里存在问题的点线面的位置。
有关此面板的详细介绍请参照有关此面板的详细介绍请参照APPENDIXE。
右键点击RepresentationsImport,选择RepairSurface。
确认将需要检测的Region选择到右边的框中,点击OK。
出现SurfaceMeshDiagnostics面板,被检测的Region中有问题的点线面及其错误数会显示出来。
231Tips确认表面数据里存在问题的方法确认表面数据里存在问题的方法Chapter3Chapter3?
表面数据上出现问题的位置会以相应的颜色显示出来。
在STAR-CCM+中,若想在有问题的表面数据上生成体网格,必须先使用【SurfaceWrapper】功能修复表面数据。
运行【SurfaceWrapper】前后的表面对比如下图所示。
importimportwrappedwrappedChapter3Chapter3?
再使用【SurfaceRemeher】功能,生成适合体网格生成的表面网格。
importwrappedremeshedChapter3Chapter33-2-7设定网格模型设定网格模型(MeshingModels)?
选择生成的网格。
右键点击树状模拟管理窗口中的ContinuaMesh1,选择SelectMeshingModels。
打开MeshingModelSelection面板。
21Chapter3Chapter3?
选择生成网格需要用到的Mesher。
12346选择SurfaceMeshSurfaceRemesher和SurfaceWrapper。
所选择的Mesher会显示在右侧的EnabledMeshingmodels里。
选择VolumeMeshPolyhedralMesher。
选择OptionalMeshingmodelsPrismLayerMesher。
确认设定。
5Chapter3Chapter3?
以下说明选择Mesher时的变更方法。
1点击EnabledMeshingmodels里的SurfaceWrapper。
之前选择过的Mesher,会重新移动回到左侧的面板中。
左侧面板中的Mesher,在网格生成过程中不会被使用到。
再次选择SurfaceWrapper,移动到右侧的EnabledMeshingmodels里,使其重新生
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