STARCCMchinese1.pdf

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STARTUPSTARTUPSTARSTAR-CCM+CCM+NextGenerationCFDNextGenerationCFDCDAJCDAJ-ChinaChina开始开始?

此教程适用于此教程适用于STAR-CCM+的初学者，读者可以参照实际的例题一边操作的初学者，读者可以参照实际的例题一边操作STAR-CCM+一边学习，以掌握一边学习，以掌握STAR-CCM+的基本使用方法。

的基本使用方法。

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此教程使用此教程使用3个例题较全面地介绍了个例题较全面地介绍了STAR-CCM+的功能和使用方法。

的功能和使用方法。

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此教程的目的在于帮助读者理解此教程的目的在于帮助读者理解STAR-CCM+的网格生成、模拟条件设定、后处理等一系列计算流体力学的要素。

的网格生成、模拟条件设定、后处理等一系列计算流体力学的要素。

Chapter0Chapter00CFD是什么？

是什么？

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0-1用计算机来解决流动问题？

用计算机来解决流动问题？

?

0-2网格与差分方法网格与差分方法?

0-3Navier-Stokes方程方程?

0-4紊流模型紊流模型?

在进入正文之前，什么是在进入正文之前，什么是CFD？

在进行？

在进行CFD时需要注意什么？

本章先作一些简单介绍。

时需要注意什么？

本章先作一些简单介绍。

Chapter0Chapter00-1用计算机来解决流动问题？

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CFD=ComputationalFluidDynamics=计算流体动力学。

计算流体动力学。

所谓CFD，是以计算机为工具，用数值的方法来解决流动问题的流体力学。

下面考虑一个简单的例子。

考虑汽车行进中周围的空气阻力考虑汽车行进中周围的空气阻力因为是流体的流动计算，计算对象是除去汽车车体之外的空气区域因为是流体的流动计算，计算对象是除去汽车车体之外的空气区域由于计算对象的空间被分割为网格，所以在由于计算对象的空间被分割为网格，所以在1个网格内可作为同样的状态（物理量）进行计算个网格内可作为同样的状态（物理量）进行计算从边界条件和内部形状等得到计算结果，每个网格有速度矢量、压力、质量等结果信息从边界条件和内部形状等得到计算结果，每个网格有速度矢量、压力、质量等结果信息前方来流条件前方来流条件需要对计算对象区域的边界给予某种条件需要对计算对象区域的边界给予某种条件（边界条件边界条件）无摩擦行进速度无摩擦行进速度车体表面大气压车体表面大气压左图的例子，汽车周围到天空，空气是连续存在的，把全部的空气做为计算对象是不现实的。

（图1）通常的分析中，我们选出有限大的区域，在计算中设定这个区域，在区域边界处给予某种条件即边界条件。

（图2）为了以计算机，用数值的方法计算，在所选出的区域内对连续的空气空间进行分割。

（图3）图图1图图2图图3图图4更细的空间分割程度，能提高计算的分辨率。

Chapter0Chapter0?

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。

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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:

阻力系数Cl:

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。

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EnabledPhysics