STARCCM基础培训教程课件.ppt

STAR-CCM+基础培训教程(V2.02.009),所属：CDAJCHINA,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,Chap1.STAR-CCM+简介,1.1STAR-CCM+是什么?1.2STAR-CCM+求解问题的过程.1.3STAR-CCM+的工作界面.1.4现有的网格功能.1.5现有的物理模型.,1.1STAR-CCM+是什么?,STAR-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（Surfacewrapper）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+makestheTourdeFrancelessofaDrag,1.2STAR-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,1.3STAR-CCM+的工作界面,STAR-CCM+的工作界面(workspace)如下:,1.4网格功能(Version2.02.009),和其他网格生成软件的协调性可以输入来自以下网格:pro-STARGridgenFluentGambitSTAR-CDICEM可以输出到pro-STAR进行后处理,面网格面网格工具:SurfaceremesherSurfacewrapperHolefillerEdgezipper特征线提取和编辑工具,体网格3种体网格模型:tetrahedralpolyhedraltrimmed边界层网格模型：prismlayer精细网格调节：Volumesources全局或局部参数设置,网格演化Transform缩放,平移和旋转对边界（boundaries）和区域（regions）的分裂和合并创建，删除和融合交界面（interfaces）融合内部边界将3维网格转化为2维,表面几何输入可以导入的面网格或几何:.dbs-pro-STARsurfacedatabasemeshfile.inp-pro-STARcell/vertexshellinputfile.nas-NASTRANshellfile.pat-PATRANshellfile.stl-Stereolithographyfile,1.5现有的物理模型(Version2.02.009),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。,基本模型空间二维l轴对称三维时间稳态显式非稳态隐式非稳态运动运动参照系模型#刚体运动模型,辐射Surface-to-surfaceDiscreteordinate,湍流Spallart-AllmarasK-EpsilonK-Omega雷诺应力输运方程壁面处理(Lowy+,Highy+,Ally+)壁面距离(Exact,Approximate)边界层转戾（prescriptiveboundary-layertransition）,燃烧EddyBreakUp(EBU)PresumedProbabilityDensityFunction(PPDF),adiabaticandnon-adiabatic,Chap2.STAR-CCM+网格功能,2.1面网格2.1.1SurfaceWrapper2.1.2SurfaceRemesher2.1.3特征线2.1.4修补工具（holefiller,edgezipper)2.2体网格2.2.1Polyhedralmesher2.2.2Tetrahedralmesher2.2.3Trimmer2.2.4prsimlayermesher2.3模型的演化2.4界面的处理,2.1.1surfacewrapper,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(multipleedges);折叠尖角(sharpanglefolds);很差的三角形状(如needlescells);交叉(selfintersection);非流形拓扑结构(non-manifoldtopology)时,surfacewrapper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(doublesurfaces),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,surfacewrapper的属性选项,Surfacewrapper的属性有3个选项:DocurvaturerefinementDogapclosureDoproximityrefinement缺省情况下,只有Docurvaturerefinement打开,curvaturerefinement,gapclosure,proximityrefinement在附录中有介绍,surfacewrapper的全局(global)设定,使用surfacewrapper时,有如下的全局控制参数:basesize;gapclosuresize;surfacecurvature(#Pts/circle);surfaceproximity(SearchFloor,#Pointsinagap);surfacesize;wrapperfeatureangle;andwrapperscalefactor,解释,surfacewrapper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:volumeofinterestspecification;contactprevention;smallestwrappingvolume其中体积指定(volumeofinterestspecification)有如下四个选项:external;largestinternal;seedpoint;nthlargest,Largestinternal,external,Seedpoint,Nthlargest,解释,有关区域Region和边界(boundary)的概念见附录,surfacewrapper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:customgapclosuresize;customsurfacecurvature;customsurfaceproximity;customsurfacesize,解释,2.1.2surfaceremesher,surfaceremesher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.,surfaceremesher的属性选项,Surfaceremesher的属性有两个选项:DocurvaturerefinementDoproximityrefinement缺省情况下,两个选项都打开,curvaturerefinement,proximityrefinement在附录中有介绍,surfaceremesher的全局(global)设定,使用surfaceremesher时,有如下的全局控制参数:basesize;surfacecurvature(#Pts/circle);surfacegrowthrate;surfaceproximity(SearchFloor,#Pointsinagap);surfacesize,解释,surfaceremesher边界(boundary)设定,在区域(region)这一级,remesher没有控制选项.在边界(boundary)这一级,有如下四个控制参数:customsurfacecurvature;customsurfaceproximity;customsurfacesize;customizesurfaceremeshing,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.,创建特征线,STAR-CCM+里,可以创建下面五种特征线:sharpedges创建基于锐边角度值(Sharpedgeanglevalue)的特征线(缺省值为31度);freeedges将所有的自由边定义为特征线;non-manifoldedges将所有的非流形边定义为特征线;patchperimeters将patch的周围定义为特征线boundaryperimeters将边界的周围定义为特征线,增加特征线,特征线可以按照如下方式手动添加,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(holefiller)缝合边(edgezipper),补洞(holefiller),缝合边(zippingedge),2.2体网格,STAR-CCM+有三种体网格模型:tetrahedralmesherpolyhedralmeshertrimmer对以上3种网格模型,都可以同时使用prismlayermesher,以便在近壁区域产生棱柱状边界层网格.使用volumesource(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.,2.2.1polyhedralmesh,使用polyhedralmesher产生的网格如下:,2.2.2tetrahedralmesh,使用tetrahedralmesher产生的网格如下:,2.2.3Trimmedmesh,使用trimmer产生的网格如下:,2.2.4prismlayermesh,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):stretchingfactornearwallthicknessthicknessratio,Stretchingfactor:相邻两层厚度之比Nearwallthickness:最靠近壁面那一层的厚度Thicknessratio: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)的演化区域的缩放区域的平移区域的旋转区域的合并区域的分割2.3.3针对边界(boundary)的演化边界的合并边界的融合边界的分割边界的投影,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.,区域的缩放,区域的平移,区域的旋转,区域的合并,区域的分割,通过连续性对区域进行分割,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ToolsFieldfunctionsnewfunction,建立名为UserFieldFunction1的用户函数:($Centroid0=-1)?1:0,3.3.3通过列表数据指定,步骤:读入列表数据选择指定方式为Table(*)选中已读入的table数据,1,2,3,3.4Solver参数,在Solver节点，可以调整诸如松弛因子，Courant数之类的求解器参数,3.5监控(monitor)设置,STAR-CCM+可以提供两种监控：残差监控(residualmonitors)基于Report的监控(report-basedmonitors),3.5.1残差监控,残差（residual)代表各守恒方程在控制单元的不满足程度。缺省情况下，在进行运算时残差监控（Monitors)和残差显示(plots)会自动创建。,3.5.2基于报告(Report)的监控,基于Report的监控可以用来监视我们感兴趣的变量（例如压力系数）在迭代过程中的变化情况。任何一个report都可以用来创建监控(Monitor),同时基于report的监控(Monitor)可以用做计算的终止判据。,3.6.终止判据,使用自动生成的终止判据稳态非稳态使用基于监视(monitor)的终止判据最大值最小值渐进值,3.6.1使用自动生成的终止判据,稳态MaximumSteps;StopFile:非稳态MaximumInnerIterations;MaximumPhysicalTime;MaximumSteps;andStopFile.,解释,3.6.2基于监视值的终止判据,相对于设置迭代步数，更有意义的方法是设置基于监视值的终止条件，例如限定残差最小值，或是监控某个物理量（例如阻力系数和升力系数）是否达到稳定。有3种限制方法：最小值(minimum)最大值(maximum)渐进值(asymptoticlimit),使用最大/最小值,缺省情况下，基于monitor的终止条件均采用最小值限制。选择最大或最小值限制后，可在属性栏设置指定的数值。,使用渐进值,使用渐进值限定(asymptoticlimit)的方法可以让我们监视某个变量是否达到稳定.如在给定区间（如10个迭代步数）的最大变化量（|Max-Min|)小于某个数值，则计算终止。,Chap.4STAR-CCM+后处理,4.1显示几何4.2显示标量4.3显示矢量4.4显示流线4.5显示x-y图,4.1显示几何,操作:ScenesNewSceneGeometry在属性栏可控制不同的显示模式,如显示网格,特征线,轮廓线等,4.2显示标量,操作:ScenesNewSceneScalar在属性栏可控制标量的显示,2019/12/14,66,可编辑,4.3显示矢量,操作:ScenesNewSceneVector在属性栏可控制矢量的显示缺省情况下显示的是速度场，但是其它矢量场也可以显示出来。,4.4显示流线,显示流线的步骤:创建一个新的Scene创建一个新的derivedpart.(操作:DerivedPartsNewStreamline.)这样一个新的streamline节点会出现在该Scene下,可以在属性栏控制显示效果.(lines,ribbons,tubes),1,2,3,4.5显示X-Y图,显示X-Y图的步骤:右击Plots,选择NewPlotXYPlot.选择数据所在的part(如某个截面)选择X,Y轴的类型,选择函数名称,2,1,3,Chap.5STAR-CCM+其他工具（tools),5.1注释5.2局部坐标系5.3场函数5.4table5.5用户子程序5.6Volumeshapes,5.1使用注释,注释是什么注释就是用户想要增加在图形里面的文字或图片.,3D图形,2D图形,5.1.1添加注释,添加注释的步骤:右击Annotations节点,选择NewSimpleText出现新的节点:user1,在属性栏进行定义.将定义好的注释拖到scene图形中,1,2,3,5.2局部坐标系,局部坐标系可以在全局坐标系的基础上定义.可以是笛卡尔,圆柱或球形坐标系.局部坐标系经常用来定义边界条件和初始条件,例如:提供一个旋转进口的速度剖面.提供一个旋转区域的速度,5.2.1创建局部坐标系,在Tools节点,CoordinateSystemsnodeNewCartesianCoordinateSystem.在属性栏进行定义.,5.2.2显示局部坐标系,将创建好的局部坐标系节点”拖”到Scene图形窗口(见1)或是”拖”到该Scene节点(见2).,(1),(2),5.3用户场函数,STAR-CCM+可以让用户定义自己的场函数,可以是标量场或矢量场;可以手动创建或是在已有场函数的基础上定义定义用户场函数的语法采用C语言子集.如果出现语法错误,在输出窗口有相应提示.,例如:($Position0=-1)?1:0($Time=0.01)?1000:300+70000*$Time,5.3.1定义场函数,在Tools节点,选择FieldFunctionsNewFunction.在属性栏对函数进行具体定义,对函数进行定义,5.3.2引用已有函数,$Temperature,$Velocity,$Position0,$Velocity0,定义用户场函数时经常要引用已有的函数,5.3.3userfunction示例,体积份数初始分布:($Position0=-1)?1:0边界上的温度随时间的变化(0.1秒之前从300K线性上升到1000K:($Time=0.01)?1000:300+70000*$Time采用X,Y,Z的形式定义一个管道的初始速度场,以X=4为分界面,在大直径截面上的速度为10,在小直径截面上速度为2:($Centroid0File.,5.4.2创建table,步骤:创建一个新的空table(XYZ或RInternal)指定数据所在的part.指定抽取的变量.抽取数据.这样,新的table数据创建出来.可以用于当前模拟或是输出到外部文件,1,21,4,3,5.5用户子程序(usercode),Usercode可以让用户自己定制函数,函数可以用C,C+或Fortran写成.Usercode采用用户库(userlibrary)的形式出现.每个用户库包含一个(或多个)用户函数(userfunction)和一个注册函数(libraryregistrationfunction).一旦用户库(userlibrary)被导入,其定义的用户函数会出现在合适的下拉菜单(drop-downlists)中,以备使用.Usercode一般用来指定边界(boundary)或区域(region)上的值的分布.例如初始条件,边界条件,源项.用来定义标量场或矢量场的Usercode,其功能和FieldFunction差不多.但是相比FieldFunction,Usercode显得更加强大,可以实现更复杂的功能.,LoadingaNewUserLibrary,5.5.1创建用户子程序的步骤,用户函数的书写必须遵守C模版(Ctemplate)或Fortran模版(Fortrantemplate)的规范.每个定义的用户函数都要加至注册函数中(libraryregistrationfunction),以实现注册.编译用户函数和注册函数,可以得到最终所需的用户库(userlibrary).,5.5.2用户函数模版,C模版#includeReal.hvoidname(result,intsize,args.);Fortran模版subroutinename(result,size,args.)useStarRealModinteger,intent(in):size,5.5.3用户函数示例(C),以下用户函数设定边界上的温度梯度为零.#includeReal.h/*Setboundarytemperatureequaltocelltemperature*/voidzeroGradT(Real*result,intsize,int(*fc)2,Real*T)inti;/*LoopthroughallentitiesapplyingT_boundary=T_cell*fci0isthecellnexttoi*/for(i=0;i!=size;+i)resulti=Tfci0;,5.5.3用户函数示例(Fortran),以下用户函数设定边界上的温度梯度为零.CSetboundarytemperatureequaltocelltemperaturesubroutinezeroGradT(result,size,fc,T)useStarRealModimplicitnoneinteger,intent(in):sizereal(StarReal),intent(out):result(size)integer,intent(in):fc(2,*)real(StarReal),intent(in):T(*)integeriCLoopthroughallentitiesapplyingT_boundary=T_cellCfc(1,i)isthecellnexttoidoi=1,sizeresult(i)=T(fc(1,i)enddoreturnend,5.5.4注册函数(Libraryregistrationfunctions),每个用户库必须包含一个注册函数:uclib(forC)或者uflib(forFortran).当用户库被加载时,STAR-CCM+会首先调用注册函数,以便确认用户库里究竟定义了哪些用户函数,以及它们的返回值的类型是什么.注册函数(Libraryregistrationfunctions)也须遵守C模版或Fortran模版的规范.,5.5.5注册函数示例(C),#includeuclib