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STAR CCM 3D CAD培训 CDAJ China技术部 STAR CCM 3D CAD培训 目标 利用STAR CCM 中的实体建模器3D CAD创建几何模型 运行计算 利用参数化设计功能修改几何模型并重新运行计算 STAR CCM 3D CAD培训 利用3D CAD创建一个简化的旋风分离器几何模型 目的在于分析旋风分离器容腔中不同出口高度对于流场的影响 STAR CCM 3D CAD培训 本教程中将介绍以3D CAD的几个基本概念 如下 创建新的3D CAD模型创建草图并施加约束和尺寸旋转和拉伸草图指定面在解析中使用3D CAD模型修改几何模型并重新运算 目录 创建几何模型创建Geometryparts分配新Region生成网格设置模型生成Scalarscene运行计算后处理 生成流线Streamlinesscene修改几何模型 重新运行计算总结 新建simulation 启动STAR CCM 并新建一个simulation选择As 以cyclone sim保存右击Geometry 3D CADModels 选择New 新建simulation 在3D CAD中会出现一个目标树 包括Bodies Features和DesignParameters 同时将自动创建一个3D CADView视图用以显示模型特征 最初 在这个视图上将显示三个初始草图平面 这三个草图平面是添加模型特征的基础 重命名 选择3D CADModels 按F2或者右击选择Rename 将其改为Cyclone 草绘旋风分离器轮廓 模型的第一个特征是一个草图 它可以定义出分离器的容腔轮廓 然后通过旋转生成一个实体 选择YZ平面作为草绘平面右击Featrue YZ 选择CreateSketch 草绘旋风分离器轮廓 单击 将草绘平面调整成与屏幕平行 草绘旋风分离器轮廓 指定草绘平面上的网格间距 使其适合于几何模型的尺寸 单击 出现gridspacing对话框 将gridspacing改为0 025mm 单击OK 鼠标操作 调整草绘平面的位置 方向 缩放左击 拖动 旋转视图Ctrl 左击 拖动 绕单轴转动右击 拖动 移动视图中击 拖动或者单独滚动滚轮 放大 缩小 鼠标操作 利用上述操作将网格拖往屏幕下方 将网格上方的空白显示出来 如图 创建直线 点击 在网格上移动鼠标 鼠标末端有一个蓝色的小方框 表示网格点的位置 这个点的坐标值显示在Creatsketchentities面板中的Lineproperties框中 坐标值会随着鼠标的移动而发生变化 SnaptoGrid默认被选 鼠标点会自动跳到最近的网格线交叉点 创建直线 将鼠标移动到 0 0 0 3 单击鼠标左键 生成第一个点 创建直线 近似地创建第一条直线 然后利用尺寸和约束得到精确结果 按键退出草绘工具 先按退出 然后选择新的草绘实体工具 创建直线 创建完第一个点后 将鼠标水平移动到第一点的左边 选择一个点 创建一条水平线 创建直线 创建连续线时 软件把上一条直线的结束点默认为下一条线上起始点 重复以上操作 按如下几图 创建连续线 添加约束和尺寸 在第一条水平线上右击 选择ApplyHorizontalConstraint 完成后将在第一条水平线上出现 表示此条线已经添加了水平约束 添加约束和尺寸 选择第一条水平线 然后按住Ctrl键 选择第二条水平线 右击 选择ApplyParallelConstraint 完成后 同样会出现 表示第一条水平线和第二条水平线之间添加了平行约束 添加约束和尺寸 运用同样的方法 对第一条垂直线添加垂直约束 对第一条垂直线和第二条垂直一添加平行约束 添加约束和尺寸 选择任意一点线 右击选择ApplyLengthDimension 添加约束和尺寸 右击第一条水平线 出现Dimension对话框 输入0 075m 重复以上操作 给其他直线添加尺寸 如下图 添加约束和尺寸 完成后 视图将如下所示 添加约束和尺寸 完成其他直线的草绘 如图所示 添加约束和尺寸 为了使旋风分离器的中心轴与草图平面的Y轴重合 可按如下操作进行 左击轴线上的任意一点 拖动鼠标 将这一点拖动至坐标轴原点 创建构造线 为了在后述操作中运用旋转工具创建实体 需先创建一条构造线作为旋转轴线 运用Line工具沿着Y轴创建一条直线 完成后按退出 创建构造线 右击构造线 选择SetAsConstruction 创建构造线 完成上述操作后 构造线将由实线变成虚线 当退出草绘模式后 构造线将变成不可见 将构造线与旋风分离器的中心线之间添加相合约束 旋转轮廓 重命名草图轮廓为SketchProfile 右击Features SketchProfile 选择CreateRevolve 旋转轮廓 Direction旋转方向BodyInteraction相交操作Axis旋转轴Angle旋转角度 旋转轮廓 完成上述操作后 视图如下图所示 旋转轮廓 完成上述操作后 特征树中将出现Body1和Revolve1 将Body1改为Fluid 创建出口管 利用鼠标操作 将视图旋转到合适的角度 右击模型顶部的下沉面 选择CreateSketch 创建出口管 此时 将显示出草绘平面 点击 使草绘平面平行于屏幕 点击 视图变为透明 在Createsketchentities面板中点击 选择坐标原点作为圆心点 点击第二点以确定圆的半径 此处 近似地定为0 06m 然后通过Circleproperties框将圆的半径精确地改为0 07m 创建出口管 点击OK 退出草绘 点击 视图变为非透明 完成上述操作后 特征树中将出现Sketch1 右击 选择CreateExtrude 创建出口管 在Extrude面板中 确认BodyInteraction默认为Merge 这样出口管生成后 将会与容腔合并为一体 创建出口管 完成上述操作后 视图如下图所示 创建入口导管 右击Features YZ 选择CreateSketch 创建入口导管 此时 将显示出草绘平面 点击 使草绘平面平行于屏幕 点击 视图变为透明 利用鼠标操作 将视图调整为下图所示 创建入口导管 点击 创建长方形 单击分离器的左上角作为第一点 创建入口导管 移动鼠标至右下角方向 使properties框中Length显示为0 05m Width为0 15m 点击以确定这点的位置 同时 水平和垂直约束自动添加至长方形 创建入口导管 点击OK 退出草绘 点击 视图变为非透明 拉伸Sketch2 Distance为0 35m 创建入口导管 完成上述操作后 视图如下图所示 设置设计参数 为了后述能够方便地修改出口管的位置 需设置一个设计参数 本例中将基于轮廓草图中一条直线的长度来进行设置 右击SketchProfile 选择Edit 设置设计参数 右击第一条垂直线的标注 选择EditDimension 设置设计参数 在Dimension对话框中点选Exposeparameter以激活Name框 设置设计参数 在Name框中输入PipeDepth 点击OK 设置设计参数 为了确保以上改变只会影响到第一条垂直线的长度 而不影响其余尺寸 需将垂直方向的总长度以及顶部的某个点的位置进行固定 设置设计参数 选择顶部的点 按住Ctrl 选择右下角的点 右击点 选择ApplyVerticalDistance 设置设计参数 在Dimension对话框中 将value设为0 9m 点击OK 完成上述操作后 草图如下图所示 设置设计参数 点击OK退出 设计参数将显示在DesignParameters管理器中 选择PipeDepth 在Properties中即可看到这个值 可以通过编辑这个值来修改模型 指定入口和出口面 准备几何模型的最后一步 指定入口和出口面 当3D CAD模型通过geometryparts输入到simulation时 命名后的faces将被定义为分离的surfaces 因此 当模型归属于一个新region时 这些surfaces将很容易被当成是分离的boundaries 简单快捷的重命名方法 通过鼠标操作将视图调整到一个合适的角度 右击长度形入口面 选择Rename 指定入口和出口面 在Rename对话框的name栏里输入inlet 点击OK 指定入口和出口面 通过同样的方法 重命名出口面 退出3D CAD 点击Close3D CAD 退出3D CAD 保存 创建GeometryPart 右击Geometry 3D CADModels Cyclone 选择NewGeometryPart打开Parts Fluid Surfaces 可以看到先前指定的inlet和outlet作为分离的surfaces存在 分配NewRegion 右击Parts Fluid 选择SetRegion New 分配NewRegion 在NewRegionfromPartsOptions对话框中将BoundaryMode设置为Oneboundaryperpartsurface 点击OK 分配NewRegion 右击Scenes 选择NewScene Geometry打开Regions Fluid Boundaries查看所有边界 生成Mesh 右击Continua 选择New MeshContinuum 右击Mesh1 Models 选择SelectMeshingModels 生成Mesh 在MeshingModelSelection对话框中 选择SurfaceMes框中的SurfaceRemesher以及VolumeMesh框中的PolyhedralMesher 最后点击Close 生成Mesh 选择Mesh1 ReferenceValues BaseSize 将Value设定为0 012m 生成Mesh 点击 GenerateVolumeMesh 生成体网格点击scene plot 右击Displayers Geometry1 Parts 选择Edit 打开Edit框中的Regions Fluid 勾选Default Inlet和Outlet 生成Mesh 右击GeometryScene1 选择ApplyRepresentation VolumeMesh 生成Mesh 点击 Turnmeshonoroff 选择MeshOn也可在GeometryScene1 Properties中 勾选mesh 设置Case 选择物理模型 打开simulation 右击theContinua Physics1 Models 选择Selectmodels 设置Case 依次选择SteadyGasSegregatedFlowConstantDensityTurbulentK OmegaTurbulenceTurbulenceSuppression完成上述选择后 视图如右图 最后 点击Close 设置Case 指定BoundaryConditions选择Regions Fluid Boundaries Inlet 在Properties中将类型设置为VelocityInlet 设置Case 选择Inlet PhysicsConditions TurbulenceSpecification 将Method设置为Intensity LengthScale 设置Case 选择Inlet PhysicsValues VelocityMagnitude Constant 将Value设置为5m s 设置Case 选择Outlet 将Type设置为Flow SplitOutlet 准备ScalarScene 点击 Create OpenScenes 右击DerivedParts 选择NewPart Section Plane 准备ScalarScene 在CreateSection面板中 实施以下操作确保InputParts框中 Fluid被选中将坐标原点设为 0 0 0 m将法向量设置为 0 1 0 m在Display下 选ExistingDisplayer和下拉选择Scalar1最后点击Create和Close 准备ScalarScene 利用鼠标操作 可以看到ScalarScene1如下图所示 准备ScalarScene 点击scene plot 选择Displayers Scalar1 ScalarField 准备ScalarScene 在Properties窗口中 将Function设置为Velocity k以显示Z方向的速度选择Displayers Scalar1 将ContourStyle设置为SmoothBlended 运行Simulation 点击 选择ScalarScene1以查看计算结果 计算结束后 点击保存 scalarscene结果如下图 生成流线图StreamlinesScene Create OpenScenes 选择Geometry选择simulation 右击DerivedParts 选择NewPart Streamline 生成流线图StreamlinesScene 点击SeedParts框中的 选择对话框中的Regions Fluid 选择Inlet最后点击OK 生成流线图StreamlinesScene 将PartU Resolution设置为2 PartV Resolution为8点击Create和Close 生成流线图StreamlinesScene 选择scene plot 将GeometryScene2重命名为Streamlines 生成流线图StreamlinesScene 选择Displayers Geometry1 在Properties窗口中将Opacity近似地设置为0 3 生成流线图StreamlinesScene 选择Displayers StreamlineStream1 在Properties窗口中将Mode设置为Ribbons选择StreamlineStream1 ScalarField 将Function设置为Velocity k 生成流线图StreamlinesScene 点击simulation 选择DerivedParts streamline 2ndOrderIntegrator 在Properties视图中 将MaximumPropagation设为15 生成流线图StreamlinesScene 完成上述操作后 流线图将如下图所示 制作流线动画 点击scene plot 选择Displayers StreamlineStream1 Animations 在Properties窗口中将AnimationMode设为Tracers选择Animations StreamlineSettings 按照下图设置properties 制作流线动画 在Animation工具条中点击 开始演示动画 点击停止播放 修改几何模型和重新运算 利用之前设置的设计参数PipeDepth来修改几何模型点击simulation 选择Geometry 3D CADModels Cyclone DesignParameters PipeDepth 将Value设置为0 35m 修改几何模型和重新运算 Cyclone旁边会显示一个 表示设计参数被更改 需要update 右击Cyclone 选择Update 修改几何模型和重新运算 显示GeometryScene1 右击GeometryScene1 选择ApplyRepresentation Geometry 修改几何模型和重新运算 右击Geometry Parts Fluid 选择Update 以显示tessellatedsurface 修改几何模型和重新运算 右击GeometryScene1 选择ApplyRepresentation VolumeMesh重新生成volumemesh 点击 修改几何模型和重新运算 选择StoppingCriteria