STAR-CCM+-基础培训教程课件.ppt
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1、STAR-CCM+ 基础培训教程(V 2.02.009)所属:CDAJ CHINA目录Chap.1: STAR-CCM+简介Chap.2: STAR-CCM+网格功能Chap.3: STAR-CCM+计算设定Chap.4: STAR-CCM+后处理Chap.5: STAR-CCM+的工具(tools)Chap.6: 一个简单的例子Chap.7: 附录Chap 1. STAR-CCM+简介1.1 STAR-CCM+是什么?1.2 STAR-CCM+ 求解问题的过程.1.3 STAR-CCM+ 的工作界面.1.4 现有的网格功能.1.5 现有的物理模型.1.1 STAR-CCM+是什么?STAR-
2、CCM+由CD-adapco公司开发, 是“下一代的CFD解决方案”强大的网格能力:从面网格(Surface wrapper)到体网格。先进的物理模型: 包括层流,湍流,多相流,气穴,辐射,燃烧,边界层转戾,高马赫流,共轭热传导等等,以及新的热交换器和风扇模型。多面体网格: 较少的内存和更快的求解速度。强大的可视化:: 分析过程中的动态显示。 可信赖的结果: STAR-CCM+ solver的稳健性网格兼容性: STAR-CD, ICEM, GridGen, Gambit 十亿以上的网格处理能力: 诞生之初,STAR-CCM+就专门为处理大规模网格而设计。.STAR-CCM+ makes th
3、e Tour de France less of a Drag 1.2 STAR-CCM+ 求解问题的过程准备网格选择物理模型输入模型设定边界条件设定初始条件运算后处理1.3 STAR-CCM+ 的工作界面STAR-CCM+ 的工作界面(workspace)如下:1.4 网格功能 (Version 2.02.009)和其他网格生成软件的协调性 l可以输入来自以下网格:pro-STARGridgenFluentGambitSTAR-CDICEMl可以输出到pro-STAR进行后处理面网格 l面网格工具:Surface remesherSurface wrapperHole fillerEdge
4、zipper特征线提取和编辑工具体网格 l3种体网格模型:tetrahedral polyhedraltrimmedl边界层网格模型: prism layerl精细网格调节:Volume sources全局或局部参数设置网格演化 lTransform 缩放, 平移和旋转l对边界(boundaries)和区域(regions)的分裂和合并l创建,删除和融合交界面(interfaces)l融合内部边界l将3维网格转化为2维表面几何输入 l可以导入的面网格或几何:.dbs - pro-STAR surface database mesh file.inp - pro-STAR cell/vertex
5、 shell input file.nas - NASTRAN shell file.pat - PATRAN shell file.stl - Stereolithography file1.5 现有的物理模型 (Version 2.02.009)流动和能量 无粘,层流,湍流。 气体,液体,固体和多孔介质。 共轭传热 自由表面 (VOF) 空化(cavitation) 辐射类型的热交换 FAN性能曲线修正的动量源项。基本模型l空间 二维l 轴对称 三维l 时间 稳态 显式非稳态 隐式非稳态l 运动运动参照系模型# 刚体运动模型辐射Surface-to-surfaceDiscrete ordi
6、nate湍流 Spallart-Allmaras K-Epsilon K-Omega雷诺应力输运方程 壁面处理 (Low y+, High y+, All y+)壁面距离 (Exact, Approximate)边界层转戾(prescriptive boundary-layer transition)燃烧Eddy Break Up (EBU)Presumed Probability Density Function (PPDF), adiabatic and non-adiabaticChap 2. STAR-CCM+ 网格功能2.1 面网格l2.1.1 Surface Wrapperl2.1
7、.2 Surface Remesherl2.1.3 特征线l2.1.4 修补工具(hole filler, edge zipper)2.2 体网格l2.2.1 Polyhedral mesherl2.2.2 Tetrahedral mesherl2.2.3Trimmerl2.2.4 prsim layer mesher2.3 模型的演化2.4 界面的处理2.1.1 surface wrapper 在导入的CAD数据质量较差时, 例如存在:洞和缝隙;错配的边;多重边(multiple edges);折叠尖角(sharp angle folds);很差的三角形状 (如needles cells);
8、交叉(self intersection); 非流形拓扑结构(non-manifold topology)时, surface wrapper可以用来提供一个封闭,流形,非交叉的表面。包括:封闭洞(holes), 缝隙(gaps)和错配的面(mismatches); 去掉双重面(double surfaces), 除去不需要的内部几何特征; 简化表面, 除去不必要的细节;提供基于曲率(curvature), 临近率(proximity)以及对独立表面的细化2.1.1.1 surface wrapper的属性选项Surface wrapper的属性有3个选项:lDo curvature refi
9、nementlDo gap closurelDo proximity refinement缺省情况下, 只有Do curvature refinement打开curvature refinement,gap closure, proximity refinement在附录中有介绍2.1.1.2 surface wrapper的全局(global)设定使用surface wrapper时,有如下的全局控制参数:base size;gap closure size;surface curvature(#Pts/circle );surface proximity (Search Floor, #
10、Points in a gap);surface size;wrapper feature angle; andwrapper scale factor解释2.1.1.3 surface wrapper区域(region)设定在区域(region)这一级, 有三个选项来进一步控制包面效果,它们是:lvolume of interest specification;lcontact prevention; lsmallest wrapping volume其中体积指定(volume of interest specification)有如下四个选项:lexternal;llargest inte
11、rnal;lseed point; lnth largestLargest internalexternalSeed pointNth largest解释有关区域Region和边界(boundary)的概念见附录2.1.1.4 surface wrapper边界(boundary)设定在边界(boundary)这一级, 对每一个边界,有四个控制参数:custom gap closure size;custom surface curvature;custom surface proximity; custom surface size解释2.1.2 surface remesher surfa
12、ce remesher用来对已有的表面进行再次三角化, 以便提高表面三角形质量, 为生成体网格做准备. Remeshing的效果主要取决你设定的目标尺度, 同时可以提供基于表面曲率(curvature), 临近率(proximity)的细化. 在每个边界(boundary), 可以设定不同的目标尺度, 进行局部控制.也可以取消remesher, 以便保留原始网格. 2.1.2.1 surface remesher的属性选项Surface remesher的属性有两个选项:lDo curvature refinementlDo proximity refinement 缺省情况下, 两个选项都打
13、开curvature refinement,proximity refinement在附录中有介绍2.1.2.2 surface remesher的全局(global)设定使用surface remesher时,有如下的全局控制参数:base size;surface curvature(#Pts/circle );surface growth rate;surface proximity(Search Floor, # Points in a gap);surface size解释2.1.2.3 surface remesher边界(boundary)设定在区域(region)这一级, re
14、mesher没有控制选项.在边界(boundary)这一级, 有如下四个控制参数: lcustom surface curvature;lcustom surface proximity;lcustom surface size; lcustomize surface remeshing解释2.1.3 特征线为了抓住想要的几何特征, 得到高质量的网格(无论是面网格还是体网格), 有必要定义特征线. 所有定义为特征线的边(edge),将会在meshing过程中保留.此外, 在进行表面修理时(例如补洞, 缝合边), 也需要事先定义特征线.2.1.3.1创建特征线STAR-CCM+里, 可以创建下面
15、五种特征线: sharp edges 创建基于锐边角度值(Sharp edge angle value)的特征线 (缺省值为31度);free edges 将所有的自由边定义为特征线;non-manifold edges 将所有的非流形边定义为特征线;patch perimeters 将patch的周围定义为特征线boundary perimeters 将边界的周围定义为特征线2.1.3.2 增加特征线特征线可以按照如下方式手动添加2.1.3.3 编辑特征线可以对特征线进行编辑(重新分组或删除)2.1.4. 面的修补STAR-CCM+里可以利用特征线对表面进行修补.补洞 (hole fille
16、r)缝合边 (edge zipper)2.1.4.1补洞 (hole filler)2.1.4.2缝合边 (zipping edge)2.2 体网格STAR-CCM+有三种体网格模型:ltetrahedral mesherlpolyhedral mesherltrimmer 对以上3种网格模型, 都可以同时使用prism layer mesher, 以便在近壁区域产生棱柱状边界层网格.使用volume source (包括长方体, 球体, 圆柱体, 圆锥体)可以对网格密度进行控制当解析结果存在时, 生成新的网格后, 解析结果会自动映射到新的网格上. 2.2.1 polyhedral mesh使
17、用polyhedral mesher产生的网格如下:2.2.2 tetrahedral meshl 使用tetrahedral mesher产生的网格如下:2.2.3 Trimmed meshl 使用trimmer产生的网格如下:2.2.4 prism layer mesh 边界层网格有如下控制参量:边界层层数;边界层厚度; 边界层分布(三种方法任选其一): lstretching factorlnear wall thicknesslthickness ratioStretching factor: 相邻两层厚度之比Near wall thickness: 最靠近壁面那一层的厚度Thickn
18、ess ratio: 最外层和最内层厚度之比2.3 模型的演化2.3.1 三维网格转化二维网格2.3.2 针对区域(region)的演化l2.3.2.1 区域的缩放l2.3.2.2 区域的平移l2.3.2.3 区域的旋转l2.3.2.4 区域的合并l2.3.2.5 区域的分割2.3.3 针对边界(boundary)的演化l2.3.3.1 边界的合并l2.3.3.2 边界的融合l2.3.3.3 边界的分割l2.3.3.4 边界的投影2.3.1: 三维网格转化二维导入三维网格后, 任何位于Z=0平面的边界(boundary)都可以被抽取出来, 然后作为二维网格来计算.2.3.2.1 区域的缩放2.
19、3.2.2 区域的平移2.3.2.3 区域的旋转2.3.2.4 区域的合并2.3.2.5 区域的分割l 通过连续性对区域进行分割2.3.2.5 区域的分割(续):通过函数可以通过用户场函数来对区域进行分割, 例如通过Tools Field functions new function, 建立名为User Field Function 1的用户函数: ($Centroid0 = -1) ? 1 : 0 3.3.3 通过列表数据指定步骤:读入列表数据选择指定方式为Table(*)选中已读入的table数据1233.4 Solver 参数在Solver节点,可以调整诸如松弛因子,Courant数之类
20、的求解器参数3.5 监控(monitor)设置STAR-CCM+可以提供两种监控:残差监控(residual monitors)基于Report的监控(report-based monitors) 3.5.1 残差监控残差(residual)代表各守恒方程在控制单元的不满足程度。缺省情况下,在进行运算时残差监控(Monitors)和残差显示(plots)会自动创建。3.5.2 基于报告(Report)的监控基于Report的监控可以用来监视我们感兴趣的变量(例如压力系数)在迭代过程中的变化情况。任何一个report都可以用来创建监控(Monitor), 同时基于report的监控(Monito
21、r)可以用做计算的终止判据。3.6. 终止判据使用自动生成的终止判据l稳态l非稳态使用基于监视(monitor)的终止判据l最大值l最小值l渐进值3.6.1 使用自动生成的终止判据稳态l Maximum Steps;l Stop File:非稳态l Maximum Inner Iterations;l Maximum Physical Time;l Maximum Steps; andl Stop File.解释3.6.2 基于监视值的终止判据相对于设置迭代步数,更有意义的方法是设置基于监视值的终止条件,例如限定残差最小值,或是监控某个物理量(例如阻力系数和升力系数)是否达到稳定。有3种限制方
22、法: l最小值(minimum)l最大值(maximum)l渐进值(asymptotic limit)3.6.2.1 使用最大/最小值缺省情况下,基于monitor的终止条件均采用最小值限制。选择最大或最小值限制后,可在属性栏设置指定的数值。3.6.2.2 使用渐进值使用渐进值限定(asymptotic limit)的方法可以让我们监视某个变量是否达到稳定. 如在给定区间(如10个迭代步数)的最大变化量(|Max-Min|)小于某个数值,则计算终止。Chap.4 STAR-CCM+后处理4.1 显示几何4.2 显示标量4.3 显示矢量4.4 显示流线4.5 显示x-y图4.1 显示几何操作:
23、ScenesNew SceneGeometry在属性栏可控制不同的显示模式, 如显示网格, 特征线, 轮廓线等4.2 显示标量操作: ScenesNew SceneScalar在属性栏可控制标量的显示4.3 显示矢量操作: ScenesNew SceneVector在属性栏可控制矢量的显示缺省情况下显示的是速度场,但是其它矢量场也可以显示出来。4.4 显示流线显示流线的步骤:创建一个新的Scene创建一个新的derived part. (操作: Derived Parts New Streamline. )这样一个新的streamline节点会出现在该Scene下, 可以在属性栏控制显示效果.
24、 (lines, ribbons,tubes)1234.5 显示X-Y图显示X-Y图的步骤:右击Plots, 选择 NewPlotXYPlot. 选择数据所在的part(如某个截面)选择X, Y轴的类型, 选择函数名称213Chap.5 STAR-CCM+其他工具(tools)5.1 注释5.2 局部坐标系5.3 场函数5.4 table5.5 用户子程序5.6 Volume shapes5.1 使用注释注释是什么注释就是用户想要增加在图形里面的文字或图片.5.1.1 添加注释添加注释的步骤:右击 Annotations节点, 选择New Simple Text出现新的节点:user 1, 在
25、属性栏进行定义.将定义好的注释拖到scene图形中1235.2 局部坐标系局部坐标系可以在全局坐标系的基础上定义. 可以是笛卡尔, 圆柱或球形坐标系.局部坐标系经常用来定义边界条件和初始条件, 例如:l提供一个旋转进口的速度剖面. l提供一个旋转区域的速度5.2.1 创建局部坐标系在Tools节点, Coordinate Systems node New Cartesian Coordinate System. 在属性栏进行定义.5.2.2 显示局部坐标系将创建好的局部坐标系节点”拖”到Scene图形窗口(见1)或是”拖”到该Scene节点(见2).(1)(2)5.3 用户场函数STAR-CC
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