STAR-CCM+成功应用案例.pptx

1、王博士刚刚star-CCM+前处理的精彩报告,外加上午Field,gaosman教授对star系列产品的介绍,相信大家对我们的产品功能有一个全新的了解.接下来,我占用大家宝贵的时间,和大家一起分享CCM+的成功应用案例.为什么,我会方高速列车的图片在首页上呢,众所周知,近几年高速列车在国内取得飞速发展,以至于去年的网络流行词汇”被高速”了.然后高速列车方面的模拟,我很有幸知道高速力车CFD分析在中国的发展过程.,STAR-CCM+成功应用案例,西迪阿特信息科技（上海）有限公司 刘 俊,90年代,实验室手工阶段-头型(几何非常简单)-网格数 10-100万简单定性计算,-2-,但是计算结果不足以

2、对设计提供改进建议.所以”,00年代,蓝箭号动车组基本分析阶段,-大致外形-2-3编组-100-1000万,介于 定性/定量之间,-3-,虽然高速列车的分析在中国发展较国外较晚,这也和我们的产业有关系.但是同样能再现CFD的发展历程.,10年代,精细大规模分析阶段-真实几何-8节 16节编组-1000-1亿(更多),定量及优化分析,-4-,早期自能进行简单几何,简单,物理模型的模拟,现在软件/硬件技术的发展,CFD可以.从实验室走向了工业,帮助产品设计,已经纳入产品设计流程当众,起到越来越重要的作用.CCM+就是新时代产生的,cd-adapco基于star-cd的基础上,用新的IT技术发展起来

3、的.所在,在.1.适合分析复杂.精细的模型;从表面处理,网格生成,大规模计算2.另外,在物理模型的分析上,在解决CFD问题的基础上,还逐步往多学科方面发展.另外,在市场上已经崭露头角,已经有很好的发展势头.首先,请我们一起来看一看CFD的发展趋势:在这里我給他分两个坐标,横坐标首先，请允许我从CFD模拟发展开始讲起我给CFD模拟发展用两条主线来表示，一是几何模型的发展，另外是物理模型的发展。对于几何模型，10年以前当我们还用386的时候，肯定只能计算简单的几何，或简化的几何，随着计算机的发展，我们渐渐可以模 拟一些相对复杂的模型，同时软件技术飞速发展，目前我们进行非常复杂的模拟，从产品系统来看

4、，模拟从部件级，到子系统机，目前以到系统级发展，发展方向是将来的多尺度模拟。从物理模型上来看，我们原来只模拟一些流动，渐渐的可以作传热，多项流，化学反应等，发展方向是跨学科模拟，比如流体、固 体、电磁场，声音等跨学科的发展。中间是数值算法的发展和求解器的发展，比如怎样求解更快，怎样求解多面条网格等这些技术共同推进CFD的发展，使得CFD越来越强大，同时已不仅仅是一个分析工具，更是,简单几何.,复杂模型.,流动,传热.,多相流,部件级,子系统级,系统级,不可压.层流 湍流高速流动etc,传导 对流.辐射 etc,汽液.汽固.液固 etc,化学反应器，等,化学反应(燃烧),复杂物理模型,复杂几何模

5、型,简化的几 何.,精细模型.,CFD 模拟发展,解决的物理现象也越来越多,数值算法:稳定(Robust),精确(accurate),几何模型越来越复杂,多尺度,跨学科,CFD become more powerful!,-5-,快速增长的客户群,-6-,STAR系列软件航空航天企业有广大客户支持，包括航空航天整机厂商，也包括配件商。波音，洛克菲德马丁，空客，庞马迪，美国海军，AAI无人机，普惠，NASA,英国奎奈帝克，,部分客户列表,-7-,F!:雷诺,Honda,配件:denso,bosch等,部分客户列表,-8-,部分客户列表,-9-,-有的用到ccm+强大的前后处理技术,有的用到高级的

6、物理模型.另外,继刚才所说,用来新的IT技术,所以CAE集成平台发展方面具有先天的优势:-CFD-CAE,成功应用案例,-10-,STAR-CCM+在各行业的成功应用航空,汽车,铁路,船舶,能源动力,建筑环境,家电电子 STAR-CCM+在CAE集成平台方面的成功应用CFD集成化/自动化/流程化/优化CAE集成化多物理场,今天的CFD已经成为航空飞行器研制中的一种主要的气动分析和设计工具。CFD以其快速、经济、高效、适用面广、约束少、数据 详尽等特有的优势改变了传统的气动设计方法，成为航空飞行器研制中无可替代的有力工具。CFD技术的使用，大大减轻了风洞的负担，使风洞试验用于解决更为重要方面的问

7、题及进行必要的验证，大大缩短了设计周期，节 约了经济成本，确保了飞行器的高性能设计指标，对飞行器气动力设计方式带来了深刻的变化，产生了巨大的社会经济效益。目前，CFD技术与风洞试验相辅相成，已成为现代飞行器气动力设计的两大重要技术手段，CFD技术在飞行器设计中的应用水平已 经成为评价飞行器设计先进水平的主要标志。在现今的美国航空领域，CFD约占气动设计工作量的70%，而风洞试验的工作量只占30%。无论从节省研制费用、缩短设计时间出 发，还是从提高设计水平出发，在本世纪，由于计算机和CFD技术的进一步发展，CFD将给气动设计带来更大的革命。,航空行业,-11-,航空行业CFD技术发展的摇篮;CF

8、D成为航空飞行器研制的一种主要的气动分析和设计工具;CFD技术和风洞试验相辅相成,成为现代设计的两大手段;CFD减少风洞实验,美国 CFD气动设计70%,风洞 30%STAR-CCM+在航空工业取得广泛的应用复杂几何跨音速高超音速,验证案例1,CASE1:RAE2822翼型跨音速绕流的数值模拟二维，24,576结构化C-grid网格 马赫数M=0.729，攻角AOA=2.31，雷诺数Re=6.5e6S-A湍流模型，隐式Coupled耦合求解器,C-grid网格,Mach数云图,STAR-CCM+计算的翼型上下 表面压力系数与实验值对比,-12-,验证案例2,CASE2:ONERA M6翼型跨音

9、速绕流的数值模拟三维，两套网格方案：NASA六面体结构化网格、Polyhedral多面 体网格马赫数M=0.839，两个攻角计算案例：AOA=3.03、AOA=6.06k-Epsilon湍流模型，隐式Coupled耦合求解器,Polyhedral多面体网格,攻角AOA=3.03截面C（65%位置）上下表面压力系数与实 验值对比,-13-,应用案例,CASE3:高升力多段翼型亚音速绕流的数值模拟二维，六面体核心的Trimmed网格马赫数M=0.2，三个攻角计算案例：AOA=8.01、AOA=16.21、AOA=21.29隐式Coupled耦合求解器,六面体核心的Trimmed网格,-14-,应用

10、案例,CASE3:高升力多段翼型亚音速绕流的数值模拟 在三个攻角中，三段翼型上下表面的压力系数和实验值吻合地很好。,三段翼型上下表面压力系数与实验值对比,沿X方向的绕流速度云图,-15-,重要提示:STAR-CCM+中Wing mesher 模块自动生成翼形网格,-16-,应用案例,CASE4:AIAA DPW3整机绕流的数值模拟三维，六两个案隐式Cou,DLR-F6+FX2B整流罩,F6,面体核心的Trimmed网格例：DLR-F6、DLR-F6+FX2B整流罩pled耦合求解器DLR-,计算出的极曲线与实验值对比六面体核心的Trimmed网格,-17-,接下来关于汽车行业的应用经验,快速性

11、,准确性的案例.,汽车行业,早期简单的外形分析做定性的分析,中期计算能力提高数值算法得到发展真实的3D几何 瓶颈:快速生成复 杂几何的网格,当前复杂精细的3D几 何;而且快速计算资源:大规模 计算,高效物理模型:瞬态模 拟,DES/LES;精确 CAE整合:纳入设 计流程中,-18-,空气动力学模拟经验:模型建议,-19-,方案一：1000万Trim网格;定常计算;k-omega SST获得形状变更对Cd值变化的影响 方案二：3000万Trim网格;定常计算;k-omega SST获得形状变更对Cd值详细变化的影响 方案三：3000万Trim网格;非定常计算;DES/k-omega SST获得

12、形状变更时Cd值、Cl值的变化,空气动力学模拟经验:网格密度,High Reynolds Mesh,High Reynolds SolutionNear Wall Size:1 1.5 mm Yplus=15 30Number Prism Layers:2-3,Low Reynolds SolutionNear Wall Size:0.03 0.05 mm Yplus=1 5Number Prism Layers:11-20Low Reynolds Mesh,-20-,空气动力学模拟经验:网格尺寸,注：低雷诺数区域：外表面区域高雷诺数区域：发动机舱内区域,-21-,空气动力学模拟经验:网格尺寸

13、,High Reynolds Mesh:内部网格,Low Reynolds Mesh:外部网格,-22-,计算精度:验证案例,阻力系数计算结果和实验的差别 0.005 甚至更小 达到当前精确要求:0.01,-23-,Renault F1 空气动力学,-24-,盲测结果：STAR-CCM+优于对手软件,计算精度:验证案例,2010 主要的F1团队纷纷采用STAR-CCM+,Daimler Aerodynamics department和许多大型 PowerFlow客户也开始使用STAR-CCM+。,Surface Mesh,Auto Repair,Surface Preparation,Volu

14、me Mesh Generation,Solver,CAD,Report,Manual Repair,Volume Mesh,Volume Repair,Manual Repair,Solver,Post Results,4:00,4:00,Time:,=22 Hours,计算效率:轿车外流计算,Export STL data 0.2,8:00,32core,600万 cell2:004:00,-25-,2-3天可完成一个分析！,计算效率:发动机舱分析,一周之内完成一个分析！,-26-,STAR-CCM+可完全解决部件热分析:应用案例,STAR-CCM+Solid Model1600万 cel

15、lsThermal Heat TransferRadiation:90 万 PatchesProcessors:1,Star-CCM+Fluid Model3500 万cellsHeat ExchangersMRF FanProcessors:32,-27-,换热系数 近壁温度,壁面温度,每时间步交换数据,乘员舱舒适性分析,分析过程和外流类 似,输入 CAD,生成表面网格,生成体网格,-28-,重要提示:STAR-CCM+热舒适性分析模块(TCM)热舒适性分析向导（Thermal Comfort Wizard）MRT、PMV、PDD等通用评价指标,-29-,重要提示:传热-辐射,多波段辐射/镜

16、面反射 S2S反射率,支持镜面反射基于边界指定反射率可模拟太阳能收集器,头灯,镜子等,无 镜 面 反 射 结 果,灯罩镜面反射辐射通量模拟,-30-,客户应用案例,-31-,客户应用案例,-32-,客户应用案例-其它应用,HVAC分析,刹车板冷却分析,气动噪音分析,除霜除雾,风扇仿真,-33-,催化器分析,进排气道分析,进排气歧管分析,-34-,客户应用案例-其它应用,客户应用案例-其它(新能源-混合动力/纯电动散热分析),电池冷却模拟,电池系统冷却分析,-35-,铁路行业,模拟难点:长细比很大外形结构附件较多,较复杂当前模拟要求:优化车型结构来降低阻力降低噪音,-36-,空气动力学模拟经验:表面处理,利用STAR-CCM+的高效的CAD处理功能、体网格生成功能以及高效的 并行计算功能，下图是STAR-CCM+的高速列车外型包面、体网格效果 图,-37-,重要区域的高密度网格,计算精度与网格数量的平衡 考虑，采用渐变布局STAR-CCM+参数化,高效实现 空间加密,Pantograph,Wake,Frontal,-38-,Air1,Air2,Air3,Max Cell,空气动力学模拟经