STAR CCM+培訓(xùn)基礎(chǔ) 課件

1、START UPSTAR-CCM+Next Generation CFDCDAJ-Chinaver.3.04.009開始此教程適用于STAR-CCM+的初學(xué)者，讀者可以參照實(shí)際的例題一邊操作STAR-CCM+一邊學(xué)習(xí)，以掌握STAR-CCM+的基本使用方法。此教程使用3個例題較全面地介紹了STAR-CCM+的功能和使用方法。此教程的目的在于幫助讀者理解STAR-CCM+的網(wǎng)格生成、模擬條件設(shè)定、后處理等一系列計(jì)算流體力學(xué)的要素。0CFD是什么？0-1用計(jì)算機(jī)來解決流動問題？0-2網(wǎng)格與差分方法0-3Navier-Stokes方程0-4紊流模型在進(jìn)入正文之前，什么是CFD？在進(jìn)行CFD時需要注意

2、什么？本章先作一些簡單介紹。0-1用計(jì)算機(jī)來解決流動問題？CFD = Computational Fluid Dynamics = 計(jì)算流體動力學(xué)。所謂CFD，是以計(jì)算機(jī)為工具，用數(shù)值的方法來解決流動問題的流體力學(xué)。下面考慮一個簡單的例子。考慮汽車行進(jìn)中周圍的空氣阻力因?yàn)槭橇黧w的流動計(jì)算，計(jì)算對象是除去汽車車體之外的空氣區(qū)域由于計(jì)算對象的空間被分割為網(wǎng)格，所以在1個網(wǎng)格內(nèi)可作為同樣的狀態(tài)（物理量）進(jìn)行計(jì)算從邊界條件和內(nèi)部形狀等得到計(jì)算結(jié)果，每個網(wǎng)格有速度矢量、壓力、質(zhì)量等結(jié)果信息前方來流條件需要對計(jì)算對象區(qū)域的邊界給予某種條件(邊界條件)無摩擦行進(jìn)速度車體表面大氣壓左圖的例子，汽車周圍到天空，

3、空氣是連續(xù)存在的，把全部的空氣做為計(jì)算對象是不現(xiàn)實(shí)的。 (圖1)通常的分析中，我們選出有限大的區(qū)域，在計(jì)算中設(shè)定這個區(qū)域，在區(qū)域邊界處給予某種條件即邊界條件。(圖2) 為了以計(jì)算機(jī)，用數(shù)值的方法計(jì)算，在所選出的區(qū)域內(nèi)對連續(xù)的空氣空間進(jìn)行分割。(圖3)圖1圖2圖3圖4更細(xì)的空間分割程度，能提高計(jì)算的分辨率。將求解區(qū)域的空間分割為網(wǎng)格，以網(wǎng)格上的離散的值來近似空間上連續(xù)的值，稱為離散化。每一個解析網(wǎng)格即一個控制體。0-2網(wǎng)格與差分方法解析網(wǎng)格網(wǎng)格（控制體）計(jì)算時，從邊界條件處獲得物理量的值，在相鄰網(wǎng)格之間有著質(zhì)量、動量和能量的傳遞。隨著計(jì)算的推進(jìn)，得到全部網(wǎng)格上流速、壓力和密度等物理量的值。邊界條

4、件邊界條件網(wǎng)格以網(wǎng)格上離散的值構(gòu)建差分方程的方法稱為差分格式，離散網(wǎng)格上的差分方程是連續(xù)空間上的微分方程的近似。使用不同的差分格式，計(jì)算的精度、穩(wěn)定性都有變化。從上風(fēng)獲得網(wǎng)格的值 上風(fēng)差分(UD)格式=Upwind Differencing 一階精度MARS格式=Monotone Advection And Reconstruction Scheme 二階精度 流速，壓力等網(wǎng)格網(wǎng)格網(wǎng)格Navier-Stokes方程式完整描述了流體的運(yùn)動。0-3Navier-Stokes方程歐拉（17071783）瑞士數(shù)學(xué)、物理學(xué)、天文學(xué)家納維爾（17851836）法國數(shù)學(xué)、物理學(xué)家斯托克斯(18191903)

5、愛爾蘭數(shù)學(xué)、物理學(xué)家歐拉方程描述無粘性流體的運(yùn)動Navier-Stokes方程完整描述流體的運(yùn)動考慮粘性Navier-Stokes方程離散化的過程還留有某些問題，那就是比網(wǎng)格的分辯率還小的小旋渦(混亂)引起的問題。包含這些小旋渦的流動稱為紊流，紊流從大的旋渦慢慢向小的旋渦擴(kuò)散。如果使用比這些小旋渦還小的網(wǎng)格來計(jì)算，計(jì)算規(guī)模將非常大，現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)用階段，所以有必要使用紊流模型來近似。非定常項(xiàng)對流項(xiàng)擴(kuò)散項(xiàng)源項(xiàng)為了表現(xiàn)比網(wǎng)格分辯率還小的小旋渦對流動的影響，采用被稱為紊流模型的物理模型是必不可少的。0-4紊流模型層流紊流？不能捕捉細(xì)小的混亂紊流模型有很多種類。根據(jù)旋渦粘性(紊流粘性

6、)的概念近似Raynalds應(yīng)力，效果較好，應(yīng)用方便，構(gòu)成了紊流模型中很大一類。一般的，求解時間平均化了的N-S方程(RANS方程式=Reynolds Averaged Navier-Stokes)，可作為Raynalds應(yīng)力的體現(xiàn)，由此發(fā)展出一系列紊流模型。 但是，在非線性很強(qiáng)的情況下問題會變得很困難。紊流模型時間平均模型RANS空間平均模型LES (Large-eddy simulation)紊流粘性模型應(yīng)力模型RSM (Reynolds Stress models)層流計(jì)算線性紊流粘性非線性紊流粘性Chapter1STAR-CCM+概述 1-1STAR-CCM+概述STAR-CCM+的概

7、述相關(guān)說明。1-1-1.STAR-CCM+概述1-1-2.多面體網(wǎng)格的特征1-1-1STAR-CCM+概述STAR-CCM+的特征相關(guān)說明。操作過程流程化，不需要額外復(fù)雜的操作新GUI面板使操作更簡易化GUI設(shè)定采用樹狀結(jié)構(gòu)清晰明了，通過對話框選擇設(shè)定不易遺漏和出錯所有操作可以在GUI中全部完成工程應(yīng)用實(shí)用性很強(qiáng)實(shí)時結(jié)果顯示（矢量，標(biāo)量，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等）利用各種工程參數(shù)判定收斂（流量，力，溫度，用戶自定義的各種物理量）實(shí)時結(jié)果顯示，包括矢量和標(biāo)量等殘差速度Cd : 阻力系數(shù)Cl : 升力系數(shù)對任意工程參數(shù)的監(jiān)測，可以用來判定收斂Cp : 壓力系數(shù)任意的多面體形狀多面體1-1-2多面體網(wǎng)格特征迭代步

8、數(shù) vs Cd，Cl值迭代步數(shù) vs Cd，Cl值四面體網(wǎng)格：2，131，703 (1.3GB內(nèi)存)多面體網(wǎng)格 ：353，022 (900MB內(nèi)存)多面體網(wǎng)格的收斂性更優(yōu)于四面體網(wǎng)格。只需要更少的迭代步數(shù)，Cd，Cl值便可達(dá)到比較穩(wěn)定的收斂數(shù)值。多面體模型只需要四面體網(wǎng)格數(shù)的1/4，但計(jì)算精度相當(dāng)。對網(wǎng)格數(shù)量的依賴性比四面體更小。多面體四面體43.25 hours10 hours1.6 hours New Simulation。Create a New Simulation 對話框出現(xiàn)。選擇單線程Serial。單擊OK。1Tips!需要并行處理時，選擇Parallel，具體的設(shè)定方法請參照AP

9、PENDIX:B。2342-2-3網(wǎng)格數(shù)據(jù)的讀入讀入網(wǎng)格數(shù)據(jù)。- 單擊File Import。出現(xiàn)打開對話框。- 選擇文件star.ccm，點(diǎn)擊 打開 。出現(xiàn)Import Mesh Options對話框。反選Open geometry項(xiàng)。點(diǎn)擊OK。21345687選中Open geometry項(xiàng)的話，讀入網(wǎng)格數(shù)據(jù)后會自動生成一個視圖(Scene)。為了在后面章節(jié)中詳細(xì)介紹視圖(Scene)功能，所以這里反選了此項(xiàng)。2-2-4STAR-CCM+的界面網(wǎng)格數(shù)據(jù)讀入后，各種可操作對象均顯示在界面中。主菜單(Menu)工具欄 (Toolbar)屬性窗口(Properties Window)視圖窗口(G

10、raphics Window)輸出窗口(Output Window)樹狀模擬管理窗口(Simulation Tree)2-2-5STAR-CCM+的文件STAR-CCM+的模擬保存之后只產(chǎn)生一個模擬文件(*.sim)，網(wǎng)格數(shù)據(jù)、分析條件、結(jié)果信息等全部保存在模擬文件中。保存模擬文件。點(diǎn)擊File Save。出現(xiàn)保存對話框。選擇保存的文件夾。輸入文件名。點(diǎn)擊保存。123452-2-6視圖顯示將幾何模型顯示在視圖窗口中。使用Scene功能來實(shí)現(xiàn)幾何模型、速度矢量、壓力標(biāo)量等視圖的顯示。右鍵點(diǎn)擊Scene New Scene Geometry。在視圖窗口中顯示出幾何模型。12Tips!Scene也會

11、被保存在模擬文件(*.sim)中。但是新打開模擬文件的時候并不顯示在視圖窗口中，需要雙擊欲顯示的Scene或右鍵點(diǎn)擊選擇Open。種類旋轉(zhuǎn)放大/縮小平移方法鼠標(biāo)左鍵鼠標(biāo)中鍵鼠標(biāo)右鍵縮小放大2-2-7鼠標(biāo)視圖操作使用鼠標(biāo)操作在視圖窗口中實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、放大/縮小、平移。2-2-8Scene工具欄新建、打開Scene。將全部模型居中顯示在視圖窗口。旋轉(zhuǎn)模型。通過點(diǎn)擊2點(diǎn)確定一個矩形的放大區(qū)域。視圖的保存、設(shè)定、選擇。后退(Undo)到前一步的視圖。前進(jìn)(Redo)到后一步的視圖。透視模型。通過點(diǎn)擊2點(diǎn)確定截面位置。通過點(diǎn)擊2點(diǎn)測量距離。Scene工具欄上按鈕的作用說明如下：2-2-9顯示網(wǎng)格線顯示網(wǎng)格線

12、。點(diǎn)擊Geometry1 Displayers Geometry1。切換到Geometry1屬性窗口。選中Mesh。網(wǎng)格線顯示在視圖窗口中。 如果沒有顯示Scene Explorer窗口，請從Window Scene Explorer打開。1234本節(jié)對物理模型（Physics Continuum）的設(shè)定方法進(jìn)行詳細(xì)說明。2-3-1.設(shè)定物理模型2-3-2.設(shè)定物性值2-3模型設(shè)定設(shè)定物理模型。右鍵點(diǎn)擊Continua Physics 1，選擇Select models。打開Physics Model Selection面板。122-3-1設(shè)定物理模型設(shè)定計(jì)算條件。選擇Motion Stati

13、onary。被選擇了的模型會追加到右邊的Enabled Physics models欄里。選擇Material Liquid。選擇Flow Segregated Flow。1234選擇Equation of State Constant Density。選擇Time Steady。選擇Viscous Regime Turbulent。567選擇Turbulence K-Epsilon Turbulence。確認(rèn)所有設(shè)定，然后點(diǎn)擊Close。98Physics 1 Models Liquid H2O節(jié)點(diǎn)下的流體密度、粘度系數(shù)物性值，可以在此進(jìn)行修改。本例使用默認(rèn)的數(shù)值。1設(shè)定物性值。Tips!物

14、性值可以從STAR-CCM+的物性值數(shù)據(jù)庫中選擇。 右鍵點(diǎn)擊H2O，選擇Replace with，從數(shù)據(jù)庫中選擇需要的流體物性。2-3-2設(shè)定物性值本節(jié)對邊界條件（Boundary）的設(shè)定方法進(jìn)行詳細(xì)說明。2-4-1.入口邊界條件設(shè)定（inlet）2-4-2.出口邊界條件設(shè)定（outlet）2-3-2設(shè)定邊界條件設(shè)定in的邊界類型。點(diǎn)擊Regions Zone Boundaries in。在屬性窗口中把Type更改為Velocity Inlet。12-4-1入口邊界條件設(shè)定（inlet）2設(shè)定in的入流條件。點(diǎn)擊Regions Zone Boundaries in Physics Values

15、 Velocity Magnitude Constant。在屬性窗口中把 Value的值更改為1.0。 改動數(shù)值后需要按回車鍵Enter生效。數(shù)值的單位會自動賦予。1Tips!入流方向是垂直于Boundary面，指向計(jì)算域內(nèi)部的。2設(shè)定out的邊界條件。點(diǎn)擊Regions Zone Boundaries out。在屬性窗口中把Type更改為Pressure Outlet。12-4-2出口邊界條件設(shè)定（outlet）2設(shè)定out的出流條件。12Tips!:參考壓力參考壓力的值在Continua Physics Reference Vales Reference Pressure中進(jìn)行設(shè)定。點(diǎn)擊B

16、oundaries out Physics Values Static Pressure Constant。在屬性窗口中把Value的值更改為0.0。本節(jié)對計(jì)算結(jié)果的顯示方法進(jìn)行說明。2-5-1.結(jié)果顯示設(shè)定（壓力云圖）2-5結(jié)果顯示設(shè)定設(shè)定壓力云圖。點(diǎn)擊圖標(biāo)Create/Open Scenes Scalar。展開Scalar Scene 1的目錄樹。22-5-1結(jié)果顯示設(shè)定（壓力云圖）1選擇顯示對象。點(diǎn)擊Scalar Scene Displayers Scalar 1 Parts。在屬性窗口中選擇Parts。點(diǎn)擊按鈕 。點(diǎn)擊Close。1234將顯示對象變更為壓力云圖。點(diǎn)擊Scalar Sc

17、ene 1 Displayers Scalar 1 Scalar Field。在選型窗口的Function里，選擇Pressure。云圖的刻度欄變?yōu)镻ressure (Pa)。123變更照明的相關(guān)設(shè)定。 右鍵點(diǎn)擊Scalar Scene 1 Attributes Light。選擇Head Light。12變更顯示狀態(tài)。選擇工具欄上的Save-Restore-Select views Look Down +Z Up -Y。顯示狀態(tài)被變更。12本節(jié)對計(jì)算的執(zhí)行方法進(jìn)行說明。2-6-1.執(zhí)行計(jì)算2-6-2.STAR-CCM+的退出方法2-6執(zhí)行計(jì)算執(zhí)行計(jì)算。點(diǎn)擊工具欄上的Run。Residuals窗

18、口自動打開，計(jì)算開始執(zhí)行。點(diǎn)擊Scalar Scene 1切換到云圖顯示窗口。窗口顯示為壓力云圖。12-6-1執(zhí)行計(jì)算2隨著計(jì)算進(jìn)行實(shí)時更新。34退出STAR-CCM+。點(diǎn)擊主菜單File Exit。Save對話框出現(xiàn)。若要保存模擬文件，選擇Save。若不保存模擬文件，選擇Discard All。1232-6-2 STAR-CCM+的退出方法Chapter3飛艇周圍的流動模擬模擬概述飛艇周圍的流動模擬。學(xué)習(xí)內(nèi)容掌握使用STAR-CCM+進(jìn)行流動模擬的流程。掌握計(jì)算條件的設(shè)定流程。掌握網(wǎng)格的生成方法。掌握計(jì)算執(zhí)行方法。 掌握如何使用所關(guān)心的工程數(shù)據(jù)作為收斂判據(jù)的方法。掌握模擬結(jié)果的后處理方法(流

19、線、動畫)。操作流程啟動讀入幾何數(shù)據(jù)設(shè)定計(jì)算條件網(wǎng)格生成設(shè)定結(jié)果顯示模擬計(jì)算本節(jié)是對飛艇周圍的流動模擬的概述。3-1-1.模擬概述3-1-2.模型尺寸3-1模擬概述3-1-1模擬概述物性：空氣密度：1.1842 kg/m3粘度系數(shù)：1.855e-5 Pas流體物性速度：10 m/s入口出口3-1-2模型尺寸單位：m40095115190203111.51502.58.53-2網(wǎng)格的生成本節(jié)詳細(xì)說明了模型的網(wǎng)格生成方法。3-2-1.啟動STAR-CCM+3-2-2.讀入表面數(shù)據(jù)(Surface Data)3-2-3.保存模型3-2-4.確認(rèn)模型3-2-5.網(wǎng)格生成的流程3-2-6.使用包面(Su

20、rface Wrapper)的原因3-2-7.設(shè)定網(wǎng)格模型(Meshing Models)3-2-8.設(shè)定網(wǎng)格尺寸和參數(shù)3-2-1啟動STAR-CCM+啟動STAR-CCM+。啟動STAR-CCM+。 Windows操作系統(tǒng)，雙擊STAR-CCM+的圖標(biāo)。 Unix/Linux操作系統(tǒng)，輸入以下的命令：% starccm+ STAR-CCM+啟動完成之后，點(diǎn)擊主菜單File New Simulation。Create a New Simulation對話框出現(xiàn)。選擇Serial。點(diǎn)擊OK。215343-2-2讀入表面數(shù)據(jù)(Surface Data)讀入飛艇的表面幾何數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊主菜單File I

21、mport Surface。打開對話框出現(xiàn)。選擇airship.stl。點(diǎn)擊打開。Import surface options對話框出現(xiàn)。確認(rèn)Units單位項(xiàng)里選擇的是m (米) 。點(diǎn)擊OK。13472563-2-3保存模型保存模擬文件。點(diǎn)擊File Save。保存對話框出現(xiàn)。選擇保存到的文件夾。輸入文件名airship。點(diǎn)擊保存。123453-2-4確認(rèn)模型設(shè)定視圖顯示。點(diǎn)擊工具欄里Make Scene Transparent。點(diǎn)擊工具欄里Save-Restore-Select views Look Down +Y Up +Z。點(diǎn)擊工具欄里Save-Restore-Select views

22、Store Current View。點(diǎn)擊工具欄里Save-Restore-Select views Restore View，可以看到當(dāng)前已經(jīng)保存的視圖狀態(tài)。選擇Restore View里的縮略圖就可以恢復(fù)到保存過的視圖狀態(tài)。234這里保存的視圖狀態(tài)，在設(shè)定結(jié)果顯示的時候會使用到。確認(rèn)讀入的表面數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊Geometry Scene 1 Geometry 1。在Properties屬性窗口中，勾選Mesh項(xiàng)。網(wǎng)格線顯示在視圖窗口中。1233-2-5網(wǎng)格生成的流程網(wǎng)格生成的流程說明如下。SurfaceImportSurfaceWrapperSurfaceRemesherPolyhedralMe

23、sherPrismLayerimportWrappedRemeshedPoly+Prism若讀入的表面數(shù)據(jù)存在以下問題，則不能使用STAR-CCM+直接生成體網(wǎng)格。表面錯配(Mismatch)表面之間有交叉和干涉(Intersection)表面有洞(Hole)和縫隙(Gap)3-2-6使用包面(Surface Wrapper)的原因表面錯配表面之間有交叉和干涉使用下面的面板來確認(rèn)表面數(shù)據(jù)里存在問題的點(diǎn)線面的位置。有關(guān)此面板的詳細(xì)介紹請參照APPENDIX E。右鍵點(diǎn)擊Representations Import，選擇Repair Surface。 確認(rèn)將需要檢測的Region選擇到右邊的框中，

24、點(diǎn)擊OK。 出現(xiàn)Surface Mesh Diagnostics面板，被檢測的Region中有問題的點(diǎn)線面及其錯誤數(shù)會顯示出來。231Tips確認(rèn)表面數(shù)據(jù)里存在問題的方法表面數(shù)據(jù)上出現(xiàn)問題的位置會以相應(yīng)的顏色顯示出來。在STAR-CCM+中，若想在有問題的表面數(shù)據(jù)上生成體網(wǎng)格，必須先使用【Surface Wrapper】功能修復(fù)表面數(shù)據(jù)。運(yùn)行【Surface Wrapper】前后的表面對比如下圖所示。importimportwrappedwrapped再使用【Surface Remeher】功能，生成適合體網(wǎng)格生成的表面網(wǎng)格。importwrappedremeshed3-2-7設(shè)定網(wǎng)格模型(M

25、eshing Models)選擇生成的網(wǎng)格。右鍵點(diǎn)擊樹狀模擬管理窗口中的Continua Mesh 1，選擇Select Meshing Models。打開Meshing Model Selection面板。21選擇生成網(wǎng)格需要用到的Mesher。12346選擇Surface Mesh Surface Remesher和Surface Wrapper。所選擇的Mesher會顯示在右側(cè)的 Enabled Meshing models里。選擇Volume Mesh Polyhedral Mesher。選擇Optional Meshing models Prism Layer Mesher。確認(rèn)設(shè)定

26、。點(diǎn)擊Close。5以下說明選擇Mesher時的變更方法。1點(diǎn)擊Enabled Meshing models里的Surface Wrapper。之前選擇過的Mesher，會重新移動回到左側(cè)的面板中。左側(cè)面板中的Mesher，在網(wǎng)格生成過程中不會被使用到。再次選擇Surface Wrapper，移動到右側(cè)的Enabled Meshing models里，使其重新生效。此例的網(wǎng)格生成需要用到 Surface Wrapper，所以要確保其處于生效狀態(tài)。Tips選擇Mesher時的變更方法233-2-8設(shè)定網(wǎng)格尺寸和參數(shù)設(shè)定網(wǎng)格的基本尺寸。點(diǎn)擊樹狀模擬管理窗口中的Continua Mesh 1 Ref

27、erence Values Base Size。在屬性窗口中輸入Value的參數(shù)值，Value = 40.0 m。Tips!：Base Size是生成網(wǎng)格時的基本尺寸。這個值在設(shè)定別的參數(shù)時是作為Reference Values的基準(zhǔn)值存在的。計(jì)算域的尺寸在較長方向上大致是400m，這里取其1/10作為Base Size的值。注）以上是比較粗糙的網(wǎng)格尺寸設(shè)定。12設(shè)定邊界層網(wǎng)格的厚度。點(diǎn)擊Continua Mesh 1 Reference Values Prism Layer Thickness Relative Size。在屬性窗口中輸入Percentage of Base的值為0.5。Ti

28、ps!：Prism Layer Thickness這里設(shè)定的是邊界層網(wǎng)格的總厚度（不是一層的厚度）。飛艇船艙的高度為2.5m，取大約其值的1/10來設(shè)定。 Prism Layer Thickness34設(shè)定表面網(wǎng)格的最小尺寸。點(diǎn)擊Continua Mesh 1 Reference Values Surface Size Relative Minimum Size。 在屬性窗口中輸入Percentage of Base的值為1.0。Tips!：Relative Minimum Size尾翼的厚度是1.0m，設(shè)定值需要滿足在尾翼厚度方向上至少能生成兩層網(wǎng)格。56設(shè)定表面網(wǎng)格的目標(biāo)尺寸。點(diǎn)擊Cont

29、inua Mesh 1 Reference Values Surface Size Relative Target Size。 在屬性窗口中輸入Percentage of Base的值為100.0。Tips!：Relative Target Size設(shè)定與Base Size相同值即可。78設(shè)定包面(Wrapper)網(wǎng)格的尺寸（通過設(shè)定包面的比例因子來實(shí)現(xiàn)）。點(diǎn)擊Continua Mesh 1 Reference Values Wrapper Scale Factor。在屬性窗口中輸入Percentage的值為30.0。Tips!:Wrapped Scale Factor（包面的比例因子）包面網(wǎng)

30、格尺寸 =Base SizemTarget Size%Wrapped Scale Factor% =40m100%30%=12m910本節(jié)對物理模型（Physics Continuum）的設(shè)定方法進(jìn)行詳細(xì)說明。3-3-1.設(shè)定物理模型3-3-2.設(shè)定物性值3-3模型設(shè)定3-3-1設(shè)定物理模型設(shè)定物理模型。右鍵點(diǎn)擊樹狀模擬管理窗口中的Continua。點(diǎn)擊New Physics Continuum。右鍵點(diǎn)擊Continua Physics 1。點(diǎn)擊Select models。Physics Model Selection對話框出現(xiàn)。12345設(shè)定計(jì)算條件。選擇Space Tree Dimensi

31、onal。被選擇了的模型會追加到右邊的Enabled Physics models欄里。選擇Motion Stationary。選擇Material Gas。選擇Flow Segregated Flow。12345選擇Equation of State Constant Density。選擇Time Steady。選擇Viscous Regime Turbulent。678選擇Turbulence K-Epsilon Turbulence。確認(rèn)所有設(shè)定，然后點(diǎn)擊Close。109Tips!打開Auto-select recommended physics models的時候，會自動選擇紊流模型

32、的推薦設(shè)定。在K-Epsilon紊流模型中Realizable Two-Layer K-EpsilonTwo-Layer All y+ Wall Treatment會被自動選擇。若想選用其它的模型，請關(guān)閉Auto-select recommended physics models。Physics 1 Models Gas Air節(jié)點(diǎn)下的空氣密度、粘度系數(shù)物性值，可以在此進(jìn)行修改。本例使用默認(rèn)的數(shù)值。設(shè)定物性值。Tips!物性值可以從STAR-CCM+的物性值數(shù)據(jù)庫中選擇。 右鍵點(diǎn)擊Air，選擇Replace with，從數(shù)據(jù)庫中選擇需要的氣體物性。3-3-2設(shè)定物性值110本節(jié)對邊界條件（Bo

33、undary）的設(shè)定方法進(jìn)行詳細(xì)說明。3-4-1. 分割Boundary3-4-2. Boundary設(shè)定（入口）3-4-3. Boundary設(shè)定（出口）3-4-4. Boundary設(shè)定（虛擬空間側(cè)面）3-4-5. Boundary設(shè)定（翼）3-4-6. Boundary設(shè)定（翼）3-4-7. Boundary設(shè)定（翼）3-4-8. Boundary設(shè)定（飛艇船體）3-4-9. Boundary設(shè)定（翼）3-4-10. Boundary設(shè)定（飛艇船艙）3-4-11.邊界條件設(shè)定（inlet）3-4-12.邊界條件設(shè)定（outlet）3-4-13.邊界條件設(shè)定（side）3-4-14.邊界條

34、件設(shè)定（wall）3-4設(shè)定邊界條件顯示Boundary。點(diǎn)擊Regions Region 1 Boundaries airship4.stl。當(dāng)前只存在有一個Boundary。使用分割功能，將Boundary分割成復(fù)數(shù)，便于設(shè)定。3-4-1分割BoundaryTips!：分割Boundary的理由可以分別定義各種不同的邊界條件（Velocity Inlet、Pressure Outlet等）。由于在體網(wǎng)格生成后，分割Boundary會變得比較困難，所以最好在網(wǎng)格生成前就將Boundary分割好。12分割Boundary。右鍵點(diǎn)擊Regions Region 1 Boundaries airs

35、hip4.stl。點(diǎn)擊Split By Angle。Split Boundaries by Angle對話框出現(xiàn)。在Angle(degrees)中輸入60。點(diǎn)擊Apply。點(diǎn)擊Close。124563確認(rèn)分割之后的Boundary。點(diǎn)擊任意的Boundary。對應(yīng)的會在視圖窗口中高亮顯示。978更改airship4.stl的名稱。右鍵點(diǎn)擊airship4.stl。確認(rèn)視圖窗口中高亮顯示的airship4.stl位置。點(diǎn)擊Rename。打開Rename面板。在New Name中填入inlet。點(diǎn)擊OK。3-4-2 Boundary設(shè)定（入口）Tips!快捷鍵在左鍵單擊選中Boundary后，直接

36、按F2鍵就可以進(jìn)行Rename操作。123654更改airship4.stl（inlet）的邊界類型。點(diǎn)擊Inlet。將屬性窗口里的Type項(xiàng)更改為Velocity Inlet。12更改airship4.stl 2的名稱。右鍵點(diǎn)擊airship4.stl 2。確認(rèn)視圖窗口中高亮顯示的airship4.stl 2位置。點(diǎn)擊Rename。打開Rename面板。在New Name中填入outlet。點(diǎn)擊OK。3-4-3 Boundary設(shè)定（出口）123654更改airship4.stl 2 （outlet）的邊界類型。點(diǎn)擊outlet。將屬性窗口里的Type項(xiàng)更改為Pressure Outlet。

37、12更改airship4.stl 36，它們都屬于虛擬空間的側(cè)面。點(diǎn)擊airship4.stl 3。按住Shift鍵單擊airship4.stl 6。右鍵點(diǎn)擊復(fù)數(shù)選中的airship4.stl 3airship4.stl 6。點(diǎn)擊Combine，將airship4.stl 3airship4.stl 6合并在一起。13-4-4 Boundary設(shè)定（虛擬空間側(cè)面）234Tips!：復(fù)數(shù)項(xiàng)的選擇方法同Windows系統(tǒng)中的操作類似。按住Shift鍵選擇選中從點(diǎn)擊開始位置到點(diǎn)擊終止位置范圍內(nèi)的復(fù)數(shù)項(xiàng)按住Ctrl鍵選擇選中每次點(diǎn)擊所包含的復(fù)數(shù)項(xiàng) 更改airship4.stl 3的名稱。65右鍵點(diǎn)擊a

38、irship4.stl 3。確認(rèn)視圖窗口中高亮顯示的airship4.stl 3位置。點(diǎn)擊Rename。打開Rename面板。在New Name中填入side。點(diǎn)擊OK。邊界條件無需變更，保留默認(rèn)的 Wall即可。41237更改airship4.stl 711，它們都屬于翼1。點(diǎn)擊airship4.stl 7。按住Shift鍵單擊airship4.stl 11。右鍵點(diǎn)擊復(fù)數(shù)選中的airship4.stl 7airship4.stl 11。點(diǎn)擊Combine，將airship4.stl 7airship4.stl 11合并在一起。13-4-5 Boundary設(shè)定（翼1）234更改airship

39、4.stl 7的名稱。65右鍵點(diǎn)擊airship4.stl 7。確認(rèn)視圖窗口中高亮顯示的airship4.stl 7位置。點(diǎn)擊Rename。打開Rename面板。在New Name中填入wing1。點(diǎn)擊OK。邊界條件無需變更，保留默認(rèn)的 Wall即可。41273更改airship4.stl 1216，它們都屬于翼2。點(diǎn)擊airship4.stl 12。按住Shift鍵單擊airship4.stl 16。右鍵點(diǎn)擊復(fù)數(shù)選中的airship4.stl 12airship4.stl 16。點(diǎn)擊Combine，將airship4.stl 12airship4.stl 16合并在一起。13-4-6 Bou

40、ndary設(shè)定（翼2）234更改airship4.stl 12的名稱。65右鍵點(diǎn)擊airship4.stl 12。確認(rèn)視圖窗口中高亮顯示的airship4.stl 12位置。點(diǎn)擊Rename。打開Rename面板。在New Name中填入wing2。點(diǎn)擊OK。邊界條件無需變更，保留默認(rèn)的 Wall即可。41237更改airship4.stl 1721，它們都屬于翼3。13-4-7 Boundary設(shè)定（翼3）234點(diǎn)擊airship4.stl 17。按住Shift鍵單擊airship4.stl 21。右鍵點(diǎn)擊復(fù)數(shù)選中的airship4.stl 17airship4.stl 21。點(diǎn)擊Combi

41、ne，將airship4.stl 17airship4.stl 21合并在一起。更改airship4.stl 17的名稱。65右鍵點(diǎn)擊airship4.stl 17。確認(rèn)視圖窗口中高亮顯示的airship4.stl 17位置。點(diǎn)擊Rename。打開Rename面板。在New Name中填入wing3。點(diǎn)擊OK。邊界條件無需變更，保留默認(rèn)的 Wall即可。41237更改airship4.stl 2230，它們都屬于飛艇船體。13-4-8 Boundary設(shè)定（飛艇船體）234點(diǎn)擊airship4.stl 22。按住Shift鍵單擊airship4.stl 30。右鍵點(diǎn)擊復(fù)數(shù)選中的airship4

42、.stl 22airship4.stl 30。點(diǎn)擊Combine，將airship4.stl 22airship4.stl 30合并在一起。更改airship4.stl 22的名稱。65右鍵點(diǎn)擊airship4.stl 22。確認(rèn)視圖窗口中高亮顯示的airship4.stl 22位置。點(diǎn)擊Rename。打開Rename面板。在New Name中填入body。點(diǎn)擊OK。邊界條件無需變更，保留默認(rèn)的 Wall即可。41237更改airship4.stl 3135，它們都屬于翼4。13-4-9 Boundary設(shè)定（翼4）234點(diǎn)擊airship4.stl 31。按住Shift鍵單擊airship4

43、.stl 35。右鍵點(diǎn)擊復(fù)數(shù)選中的airship4.stl 31airship4.stl 35。點(diǎn)擊Combine，將airship4.stl 31airship4.stl 35合并在一起。更改airship4.stl 31的名稱。65右鍵點(diǎn)擊airship4.stl 31。確認(rèn)視圖窗口中高亮顯示的airship4.stl 31位置。點(diǎn)擊Rename。打開Rename面板。在New Name中填入wing4。點(diǎn)擊OK。邊界條件無需變更，保留默認(rèn)的 Wall即可。41237更改airship4.stl 3638，它們都屬于飛艇船艙。13-4-10 Boundary設(shè)定（飛艇船艙）234點(diǎn)擊air

44、ship4.stl 36。按住Shift鍵單擊airship4.stl 38。右鍵點(diǎn)擊復(fù)數(shù)選中的airship4.stl 36airship4.stl 38。點(diǎn)擊Combine，將airship4.stl 36airship4.stl 38合并在一起。更改airship4.stl 36的名稱。65右鍵點(diǎn)擊airship4.stl 36。確認(rèn)視圖窗口中高亮顯示的airship4.stl 36位置。點(diǎn)擊Rename。打開Rename面板。在New Name中填入cabin。點(diǎn)擊OK。邊界條件無需變更，保留默認(rèn)的 Wall即可。41372設(shè)定Inlet入口條件。點(diǎn)擊Regions Region 1

45、Boundaries inlet Physics Values Velocity Magnitude Constant。在屬性窗口中把 Value的值更改為10.0。 改動數(shù)值后需要按回車鍵Enter生效。數(shù)值的單位會自動賦予。13-4-11邊界條件設(shè)定（inlet）Tips!入流方向是垂直于Boundary面，指向計(jì)算域內(nèi)部的。設(shè)定outlet壓力邊界條件。13-4-12邊界條件設(shè)定（outlet）2Tips!:參考壓力參考壓力的值在Continua Physics Reference Vales Reference Pressure中進(jìn)行設(shè)定。點(diǎn)擊Boundaries outlet Phy

46、sics Values Static Pressure Constant。在屬性窗口中把Value的值更改為0.0。設(shè)定Side壁面邊界條件。定義滑移壁面條件（Slip Wall）和邊界層。點(diǎn)擊Boundaries side Physics Conditions Shear Stress Specification。在屬性窗口中更改Method項(xiàng)為Slip。13-4-13邊界條件設(shè)定（side）2點(diǎn)擊Boundaries side Mesh Conditions Customize Prism Mesh。在屬性窗口中更改Customize Prism Mesh項(xiàng)為Disable。34Tips!

47、當(dāng)使用Slip壁面條件時，由于不需要計(jì)算壁面附近的速度梯度，所以就沒有做邊界層網(wǎng)格的必要。Tips!將壁面條件Shear Stress Specification設(shè)為Slip的話，計(jì)算時不考慮壁面的剪切力Shear Stress影響。 壁面附近的速度型分布如下圖所示：翼、飛艇船體及飛艇船艙，都不需要變更邊界設(shè)定。默認(rèn)的邊界條件為無滑移壁面條件（No-slip Wall）。3-4-14邊界條件設(shè)定（wall）no-slipslip壁面本節(jié)中說明了網(wǎng)格的生成方法。3-5-1.生成表面網(wǎng)格3-5-2.顯示表面網(wǎng)格3-5-3.更改表面網(wǎng)格的顯示3-5-4.生成多面體網(wǎng)格3-5-5.顯示多面體網(wǎng)格3-5

48、-6.顯示模型截面3-5網(wǎng)格生成生成表面網(wǎng)格。點(diǎn)擊工具欄上的圖標(biāo)Generate Surface Mesh。Wrapped Surface和Remeshed Surface會依次生成。網(wǎng)格生成過程中可以看到進(jìn)度條在滾動。網(wǎng)格生成結(jié)束后，可以在進(jìn)度條看到Finished字樣。樹狀模擬管理窗口的Representations節(jié)點(diǎn)下會多出來兩個子節(jié)點(diǎn)：Wrapped Surface和Remeshed Surface。3-5-1生成表面網(wǎng)格1234顯示表面網(wǎng)格。選擇Scene Explorer窗口中的Geometry 1。選中屬性窗口中的Mesh。在Representation的下拉菜單里選擇Wrap

49、ped Surface。Wrapped Surface面網(wǎng)格會被顯示。在Representation的下拉菜單里選擇Remeshed Surface。Remeshed Surface面網(wǎng)格會被顯示。3-5-2顯示表面網(wǎng)格2461235Tips：其它顯示方法在視圖顯示窗口中右鍵點(diǎn)擊除模型和Logo之外的空白區(qū)域，出現(xiàn)Geometry Scene面板。從Apply Representation中選擇顯示各種面網(wǎng)格類型。將樹狀模擬管理窗口中Representations節(jié)點(diǎn)下的各種面網(wǎng)格類型直接用鼠標(biāo)左鍵拖拽到視圖顯示窗口中釋放，就可以顯示了。鼠標(biāo)左鍵拖拽、釋放隱藏虛擬空間表面的顯示。按住Ctrl鍵

50、在視圖顯示窗口中選中inlet和side。松開Ctrl鍵，使用鼠標(biāo)左鍵將模型旋轉(zhuǎn)到一個容易選擇outlet的位置。再次按下Ctrl鍵，在視圖窗口中選中outlet。13-5-3更改表面網(wǎng)格的顯示23使用鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)模型。右鍵點(diǎn)擊被選中的inlet、side、outlet任意高亮顯示部分，出現(xiàn)multiple parts面板。選中Displayers inlet / side / outlet Geometry1 hidden。虛擬空間的表面被隱藏了。456Tips：重新顯示被隱藏的部分在視圖顯示窗口中右鍵點(diǎn)擊除模型和Logo之外的空白區(qū)域，出現(xiàn)Geometry Scene面板。重新顯示個別被隱藏的

51、部分：選擇Restore Hidden Part里需要重新顯示的Boundary名稱。重新顯示所有被隱藏的部分：選擇Restore All Hidden Parts。生成多面體網(wǎng)格。點(diǎn)擊工具欄上的圖標(biāo)Generate Volume Mesh。網(wǎng)格生成過程中可以看到進(jìn)度條在滾動。網(wǎng)格生成結(jié)束后，可以在進(jìn)度條看到Finished字樣。樹狀模擬管理窗口的Representations節(jié)點(diǎn)下會多出來一個子節(jié)點(diǎn)：Volume Mesh。3-5-4生成多面體網(wǎng)格1234顯示多面體網(wǎng)格。在視圖顯示窗口中右鍵點(diǎn)擊除模型和Logo之外的空白區(qū)域，出現(xiàn)Geometry Scene面板。選擇Apply Repres

52、entation Volume Mesh。3-5-5顯示多面體網(wǎng)格Tips!體網(wǎng)格表面的顯示方法與面網(wǎng)格的顯示方法相同。12設(shè)定模型的截面顯示圖。右鍵點(diǎn)擊樹狀模擬管理窗口中的Derived Parts節(jié)點(diǎn)。選擇New Part SectionPlane.。在Create Section Plane Parameters中填入以下數(shù)值： originx,y,z=0,0.1,0 normalx,y,z=0,1,0選中Display New Geometry Plane。點(diǎn)擊Create。點(diǎn)擊Close。3-5-6顯示模型截面125346顯示截面。選擇Scene Explorer窗口中的Geomet

53、ry Scene 1 Section Geometry。選中屬性窗口中的Mesh。截面顯示在視圖窗口中。123本節(jié)對計(jì)算結(jié)果的顯示方法進(jìn)行說明。3-6-1.設(shè)定結(jié)果顯示（速度矢量圖）3-6-2.設(shè)定結(jié)果顯示（壓力云圖）3-6-3.同時顯示多個結(jié)果3-6設(shè)定結(jié)果顯示設(shè)定速度矢量圖的顯示。點(diǎn)擊工具欄上的圖標(biāo)Create/Open Scenes Vector。在Scene Explorer中出現(xiàn)Vector Scene1。點(diǎn)擊Vector Scene1 Displayers Vector 1。在屬性窗口中，Projection Mode下拉菜單里選擇Tangential。3-6-1設(shè)定結(jié)果顯示（速度

54、矢量圖）234Tips!：Projection Mode None：三維矢量 Normal：沿截面法線方向的分量Tangential：沿截面切線方向的分量NormalTangentialNone截面1選擇顯示對象。選擇Vector Scene 1 Displayers Vector 1 Parts。點(diǎn)擊屬性窗口中的Parts項(xiàng)。在Select Objects面板中選擇plane section。點(diǎn)擊 按鈕。點(diǎn)擊Close。35412變更顯示狀態(tài)。點(diǎn)擊工具欄上的圖標(biāo)Save-Restore-Select views。選擇Restore View View 1。更新成為之前保存的視圖狀態(tài)（保存于3

55、-2-4的視圖狀態(tài)）。123設(shè)定壓力云圖的顯示。點(diǎn)擊工具欄上的圖標(biāo)Create/Open Scenes Scalar。在Scene Explorer中出現(xiàn)Scalar Scene 1。點(diǎn)擊Scalar Scene 1 Displayers Scalar 1。在屬性窗口中，Contour Style下拉菜單里選擇Smooth Filled。3-6-2設(shè)定結(jié)果顯示（壓力云圖）1234選擇顯示對象。選擇Scalar Scene 1 Displayers Scalar 1 Parts。點(diǎn)擊屬性窗口中的Parts項(xiàng)。在Select Objects面板中選擇plane section。點(diǎn)擊 按鈕。點(diǎn)擊Cl

56、ose。12354將顯示對象更改為壓力云圖。點(diǎn)擊Scalar Scene 1 Displayers Scalar 1 Scalar Field。在屬性窗口中，F(xiàn)unction下拉菜單里選擇Pressure。視圖顯示窗口的標(biāo)尺欄上會顯示Pressure (Pa)。312變更照明的相關(guān)設(shè)定。右鍵點(diǎn)擊Scalar Scene 1 Attributes Light。選擇Head Light。12變更顯示狀態(tài)。選擇工具欄上的圖標(biāo)Save-Restore-Select views。選擇Restore View View 1。更新成為之前保存的視圖狀態(tài)（保存于3-2-4的視圖狀態(tài)）。123設(shè)定多個結(jié)果畫面同

57、時顯示。鼠標(biāo)左鍵單擊住視圖窗口中Vector Scene 1不放，進(jìn)行拖拽。拖拽到圖示的紅色區(qū)域內(nèi)，放開鼠標(biāo)。視圖窗口被分割為上下兩個。通過此方法可以自由地分割視圖窗口。3-6-3同時顯示多個結(jié)果1234本節(jié)對計(jì)算的執(zhí)行方法進(jìn)行說明。3-7-1.計(jì)算終止條件3-7-2.設(shè)定工程數(shù)據(jù)（飛艇船艙后方指定點(diǎn)的壓力）3-7-3.顯示所設(shè)定的工程數(shù)據(jù)3-7-4.使用所設(shè)定的工程數(shù)據(jù)作為計(jì)算終止的判據(jù)3-7-5.執(zhí)行計(jì)算3-7-6.重新生成網(wǎng)格（Trimmed）3-7-7.再次執(zhí)行計(jì)算3-7-8.退出STAR-CCM+3-7執(zhí)行計(jì)算設(shè)定計(jì)算終止的最大迭代步數(shù)。點(diǎn)擊樹狀模擬管理窗口中的Stopping Cr

58、iteria Maximum Steps。在屬性窗口中更改MaximumSteps項(xiàng)的值為150。3-7-1計(jì)算終止條件21監(jiān)視飛艇船艙后方指定點(diǎn)的壓力。3-7-2設(shè)定工程數(shù)據(jù)（飛艇船艙后方指定點(diǎn)的壓力）右鍵點(diǎn)擊樹狀模擬管理窗口中的Derived Parts。點(diǎn)擊New Part ProbePoint.。在Create Point窗口中的Point項(xiàng)輸入以下數(shù)值：Point x,y,z=20,0.1,-11選中Display New Geometry Plane。點(diǎn)擊Create。點(diǎn)擊Close。534621 右鍵點(diǎn)擊樹狀模擬管理窗口中的Reports。 點(diǎn)擊New Reports Maxim

59、um。78 點(diǎn)擊樹狀模擬管理窗口中的Reports Maximum 1。 在屬性窗口中點(diǎn)擊Parts。 在Select Objects面板中選擇point。 點(diǎn)擊按鈕。 點(diǎn)擊Close。 在屬性窗口的Scalar下拉菜單里選擇Pressure。121314111015設(shè)定飛艇船艙后方指定點(diǎn)壓力的顯示圖表。右鍵點(diǎn)擊樹狀模擬管理窗口中的Reports Maximum 1。點(diǎn)擊Create Monitor and Plot from Report。右鍵點(diǎn)擊樹狀模擬管理窗口中的Plots Maximum 1 Plot，點(diǎn)擊Open。視圖窗口中顯示出Maximum 1 Plot。3-7-3顯示所設(shè)定的工

60、程數(shù)據(jù)1243使用飛艇船艙后方指定點(diǎn)的壓力值作為計(jì)算終止的判據(jù)。右鍵點(diǎn)擊樹狀模擬管理窗口中的Stopping Criteria。點(diǎn)擊Create from Monitor Maximum 1 Monitor。點(diǎn)擊Stopping Criteria Maximum 1 Monitor Criterion。在屬性窗口的Criterion Option下拉菜單里選擇Asymptotic。3-7-4使用所設(shè)定的工程數(shù)據(jù)作為計(jì)算終止的判據(jù)1234點(diǎn)擊樹狀模擬管理窗口中的Stopping Criteria Maximum 1 Monitor Criterion Asymptotic Limit。在屬性窗口