基礎培訓講義-star-ccm學習教程

開始此 適用于STAR-CCM+的初學者，讀者可以參照實際的例題一邊操作STAR-CCM+一邊學習，以掌握STAR-CCM+的基本使用方法。此使用3個例題較全面地介紹了STAR-CCM+的功能和使用方法。此 的目的在于幫助讀者理解STAR-CCM+的網格生成、模擬條件設定、后處理等一系列計算流體力學的要素。超藍科技：Chaolan_Tech超藍科技：Chapter0超藍科技：0．CFD是什么？在進入正文之前，被稱為CFD的是什么？在進行CFD時需要注意什么？本章先作一些簡單介紹。0-1．用計算機來解決流動問題？0-2．解析網格與差分方法0-3．Navier-Stokes方程和CFD的局限0-4．紊流模型超藍科技

：Chaolan_Tech0-1．用計算機來解決流動問題？CFD=Computational

Fluid

Dynamics=計算流體動力學。所謂CFD，是以計算機為工具的流體力學，用計算機來解決『流動』的問題。下面考慮一個簡單的例子?？紤]汽車行進中周圍的空氣阻力形狀等得到計算結果，每個網格有速度矢量、壓力從邊界條件和、質量等結果信息由于計算對象的空間被分割為網格，所以在1個網格內可作為同樣的狀態(tài)（物理量）進行計算前方來流條件需要對計算對象區(qū)域的邊界給予某種條件(邊界條件)無摩擦車體表面行進速度大氣壓左圖(圖1)的例子，汽車周圍到天空中的空氣是連續(xù)存在的，把全部的空氣做為計算對象是不現(xiàn)實的。通常的分析中，

選出適當?shù)膮^(qū)域，在計算機內設定這個區(qū)域，在區(qū)域邊界處給予某種條件。(圖2)為了用計算機計算，在所選出的區(qū)域內對連續(xù)的空氣空間進行分割。(圖3)圖1圖2因為是流體的流動計算，計算對象是除去汽車車體之外的空氣區(qū)域圖3圖4更細的空間分割程度，能提高計算的分辨率。超藍科技

：Chaolan_TechChapter0超藍科技：將求解對象的領域分割為解析網格，使用網格上的值來計算，稱為離散化。每一個解析網格即一個控制體。0-2．解析網格與差分方法解析網格網格（控制體）邊界條件邊界條件網格計算中，從邊界條件處獲得物理量的值，在相鄰網格之間有著質量、動量和能量的傳遞。計算推進到相鄰網格，得到網格上的值，包括流速，壓力和密度等物理量。流速，壓力等Chapter0超藍科技：網格從網格到網格之間，網格的值的構成方法稱為差分格式。使用不同的差分格式，分析的精度、計算的穩(wěn)定性都有變化。從上風獲得網格的值上風差分(UD)格式=Upwind

Differencing一階精度二階精度MARS格式=Monotone

Advection

And

Reconstruction

Scheme網格網格超藍科技

：Chaolan_TechNavier-Stokes方程式完整描述了流體的運動。（1707～1783）數(shù)學、物理學、天文學家：Chaolan_Tech0-3．Navier-Stokes方程和CFD的局限（1785～1836）法國數(shù)學、物理學家(1819～1903)愛爾蘭數(shù)學、物理學家方程描述無粘性流體的運動Navier-Stokes方程完整描述流體的運動考慮粘性jjj

Dj

Sxx

t

xρu

ρ

非定常項

對流項

擴散項

源項

Navier-Stokes方程離散化的過程留有某些問題，那就是比網格的分辯率還小的小旋渦( )引起的問題。將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散。如果使用能充分分析這些小旋渦的網格來計算，計算規(guī)模將非常大，現(xiàn)代的計算機處理能力遠遠達不到工程實用階段。所以在這里有必要使用紊流模型。超藍科技Chapter0超藍科技：為了表現(xiàn)比網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？？？？？？？？？？？？不能捕捉細小的紊流模型有各種各樣的種類。一般的，根據(jù)旋渦粘性(紊流粘性)的概念模型化Raynalds應力的紊流模型構成了很大一類。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應力的體現(xiàn)。在Raynalds應力非線性很強的情況下，問題會變得非常

。這時，采用能近似描述Raynalds應力的紊流模型則很有必要，如何近似描述Raynalds應力代表著紊流模型的性能。紊流模型時間平均模型RANS空間平均模型LES

(Large-eddy

simulation)紊流粘性模型應力模型RSM

(Reynolds

Stress

models)等方紊流模型層流計算線性紊流粘性非線性紊流粘性超藍科技

：Chaolan_TechChapter0超藍科技：Chapter0超藍科技：超藍科技：Chaolan_TechChapter1Chapter1超藍科技：STAR-CCM+概述超藍科技：Chaolan_Tech1-1．STAR-CCM+概述STAR-CCM+的概述相關說明。1-1-1.

STAR-CCM+概述1-1-2.

多面體網格的特征超藍科技Chapter1超藍科技：：Chaolan_Tech1-1-1．STAR-CCM+概述STAR-CCM+的特征相關說明。操作過程流程化，不需要額外復雜的操作新GUI面板使操作更簡易化GUI設定采用樹狀結構框選擇設定清晰明了，通過不易遺漏和出錯所有操作可以在GUI中全部完成Chapter1工程應用實用性很強實時結果顯示（矢量，標量，

數(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）實時結果顯示，包括矢量和標量等殘差速度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)超藍科技：Chaolan_TechChapter1超藍科技：任意的多面體形狀多面體Chapter1超藍科技：超藍科技：Chaolan_Tech1-1-2．多面體網格特征迭代步數(shù)vs

Cd，Cl值四面體網格：2，131，703(1.3GB內存)Chapter1超藍科技：迭代步數(shù)vs

Cd，Cl值多面體網格：353，022(900MB內存)多面體網格的收斂性更優(yōu)于四面體網格。只需要更少的迭代步數(shù)，Cd，Cl值便可達到比較穩(wěn)定的收斂數(shù)值。超藍科技：Chaolan_Tech3456710000100000100000010000000Number

of

CellsDelta

P

(kPa)多面體模型只需要四面體網格數(shù)的1/4，但計算精度相當。對網格數(shù)量的依賴性比四面體更小。多面體四面體43.25

hours10

hours1.6

hours<

3%

error兩種不同類型網格數(shù)vs

壓力損失多面體模型對網格數(shù)量的依賴性比四面體小。Chapter1超藍科技：四面體網格：2，322，106多面體網格：593，888超藍科技：Chaolan_Tech1-2．STAR-CCM+功能本節(jié)介紹STAR-CCM+的功能。在介紹STAR-CCM+的功能時，引出了一些術語，為了方便以后對STAR-CCM+更好地學習，有必要掌握這些術語的知識。1-2-1.STAR-CCM+的模擬功能1-2-2.STAR-CCM+的模擬流程1-2-3.STAR-CCM+的網格生成功能1-2-4.STAR-CCM+術語超藍科技Chapter1超藍科技：：Chaolan_Tech1-2-1．STAR-CCM+的模擬功能定常/非定常Coupled（耦合）求解，Segregated

（分離）求解不可壓縮/可壓縮非粘性/層流/湍流－k-ε系列模型－k-ω系列模型－Spalart-Allmaras系列模型－RSM系列模型－LES系列模型－DES系列模型缸內流動模發(fā)擬層流和湍流的轉捩模超音速流模擬超藍科技：Chaolan_Tech擬Chapter1超藍科技：多孔介質熱流固耦合輻射【熱流固耦合?輻射】列車剎車盤模擬【多孔介質】熱交換器

流動模擬【熱流固耦合】翅片換熱器

流動模擬超藍科技：Chaolan_TechChapter1超藍科技：表面氣蝕燃燒【燃燒】燃燒器模擬【表面】船體附近流動模擬【氣蝕】柴油機噴射流動模擬【

表面】氣泡在水/油中上升過程模擬超藍科技：Chaolan_TechChapter1超藍科技：多重旋轉參考坐標系滑移網格（網格不產生變形）【多重旋轉參考坐標系】壓縮機模擬【滑移網格】液力變矩器模擬超藍科技Chapter1超藍科技：：Chaolan_Tech1-2-2．STAR-CCM+的模擬流程幾何表面導入幾何表面導入網格尺寸和模擬設定網格尺寸和模擬設定創(chuàng)建網格創(chuàng)建網格后處理準備后處理準備結果后處理分析結果后處理分析樹狀模擬管理結構STAR-CCM+的模擬流程說明。STAR-CCM+采用樹狀結構，自上而下的過程使分析更加便捷。模擬流程超藍科技

：Chaolan_TechChapter1超藍科技：1-2-3．STAR-CCM+的網格生成功能使用STAR-CCM+進行模擬首先需要一套網格，網格的生成過程及模式如下說明。表面導入表面導入表面包面表面包面表面重構表面重構體網格體網格邊界層邊界層表面準備體網格生成模式1模式2模式3表面導入表面導入表面重構表面重構體網格體網格邊界層邊界層表面導入表面導入體網格體網格邊界層邊界層Chapter1超藍科技：超藍科技：Chaolan_Tech導入的復雜幾何表面，可以使用[Surface

Wrapper]和[Surface

Remesher]功能將導入的表面處理成更好更適合生成體網格的表面。導入包面重構Chapter1超藍科技：超藍科技：Chaolan_TechSTAR-CCM+可以生成三種類型的網格。Polyhedral

MeshTetrahedral

MeshTrimmed

Mesh（多面體網格）（四面體網格）（以6面體或12面體為的網格）體網格體網格多面體網格多面體網格四面體網格四面體網格剪裁體網格剪裁體網格邊界層網格邊界層網格選擇其中之一網格

。超藍科技：Chaolan_TechChapter1超藍科技：Polyhedral

Mesh

（多面體）超藍科技Chapter1超藍科技：：Chaolan_TechTetrahedral

Mesh（四面體）超藍科技Chapter1超藍科技：：Chaolan_TechTrimmed

Mesh

（Hexahedral:6面體）超藍科技：Chaolan_TechChapter1超藍科技：Trimmed

Mesh

（Dodecahedral:12面體）超藍科技：Chaolan_TechChapter1超藍科技：四面體網格多面體網格Trimmed

Mesh

（十二面體）Trimmed

Mesh

（六面體）超藍科技：Chaolan_TechChapter1超藍科技：Tips.

STAR-CCM+可接收的文件類型STAR-CCM+可以讀入的網格文件類型包括。STL

file

(*.stl)IGES

file

(*.iges，*.igs)STEP

file

(*.step，*.stp)Parasolid

Transmit

file

(*.x_b

，*.x_t

)pro-STAR

database

file

(*.dbs)pro-STAR

input

(cell/vertex)

file

(*.inp)STAR

CCM

file

(*.ccm)pro-STAR

mesh

file

(*.ngeom)NASTRAN

file

(*.nas)PATRAN

file

(*pat)FLUENT

case

file

(*cas)超藍科技Chapter1超藍科技：：Chaolan_Tech1-2-4．STAR-CCM+術語Chapter1超藍科技：下面說明一下STAR-CCM+使用中的四個術語。Region（區(qū)域）Boundary（邊界）Interface（交界面）Continua（連續(xù)體）各術語的意義使用下面的模型來解釋。超藍科技：Chaolan_TechRegion（區(qū)域）Region代表模擬區(qū)域內的空間。各Region通常由Boundary（邊界）區(qū)分開。Region

1Chapter1超藍科技：Region

4Region

2Region

3超藍科技：Chaolan_TechBoundary（邊界）Boundary存在于Region的表面。Boundary上能夠指定邊界條件。以下模型中，Interface

Boundary為區(qū)域交界面，Wall為其他壁面。WallWallWallInletWallWallWallInterface

BoundaryOutlet超藍科技Chapter1超藍科技：：Chaolan_TechInterface（交界面）Interface是為了結合不同的Region來使用的。Interface的設定，可以使質量及能量在不同的Region間傳遞，同時在Continua間傳遞。Interface是以Boundary為基礎的。例如，Contact

Interface是由流體/固體間的邊界生成。Contact

Interface超藍科技Chapter1超藍科技：：Chaolan_TechSolid

ContinuumFluidContinuumFluidContinuumFluidContinuumContinua（連續(xù)體）Continua是氣體，液體或固體所代表的區(qū)域。以下模型中，流體和多孔介質屬于同樣的Fluid

Continuum。多孔介質的定義、區(qū)域的設定如下。多孔介質超藍科技Chapter1超藍科技：：Chaolan_TechSTAR-CCM+算例：迪拜帆船酒店風載計算Chapter1超藍科技：超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：Chapter2冷卻水套內的流動模擬模擬概述冷卻水套內的流動模擬。學習內容?掌握STAR-CCM+的基本操作。?掌握使用STAR-CCM+進行流動模擬的流程。?掌握讀入網格數(shù)據(jù)的流程。?掌握計算條件的設定流程。?掌握模擬結果的后處理方法。?掌握計算執(zhí)行方法。操作流程啟動讀入網格數(shù)據(jù)設定計算條件設定結果顯示模擬計算超藍科技：Chaolan_Tech本節(jié)是對「冷卻水套內的流動模擬」的概述。2-1-1.

模擬概述2-1．模擬概述超藍科技Chapter2超藍科技：：Chaolan_Tech物性：水密度：97.561kg/m3粘度系數(shù)：8.871e-4Pa

?

s流體物性速度：1.0

m/s出口2-1-1．模擬概述超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：2-2．STAR-CCM+的基本操作本節(jié)中說明了STAR-CCM+的啟動方法等基本操作。2-2-1.2-2-2.2-2-3.2-2-4.2-2-5.2-2-6.2-2-7.2-2-8.2-2-9.STAR-CCM+的啟動方法模擬的開始方法網格數(shù)據(jù)的讀入

STAR-CCM+的界面

STAR-CCM+的文件視圖顯示鼠標視圖操作Scene顯示網格線超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：2-2-1．STAR-CCM+的啟動方法啟動STAR-CCM+?！猆nix/Linux操作系統(tǒng)，輸入以下%

starccm+令：—Windows操作系統(tǒng)，雙擊STAR-CCM+的圖標。按照上面的方法啟動之后，會出現(xiàn)啟動畫面。幾秒鐘后，STAR-CCM+啟動完畢，主界面出現(xiàn)。界面超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：2-2-2．模擬的開始方法開始一個新的模擬。①單擊[File]>[New

Simulation]。②

[Create

a

New

Simulation]出現(xiàn)。③選擇單線程[Serial]。④單擊[OK]?？?Tips!需要并行處理時，選擇[Parallel]，具體的設定方法請參照

APPENDIX:B。234超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：2-2-3．網格數(shù)據(jù)的讀入讀入網格數(shù)據(jù)。①-②單擊[File]>[Import]?？?。③

出現(xiàn)[打開]

框。④-⑤選擇文件[star.ccm]，點擊[打開]。⑥出現(xiàn)[Import

Mesh

Options]⑦反選[Open

geometry…]項。⑧點擊[OK]。21345687選中[Opengeometry…]項的話，讀入網格數(shù)據(jù)后會自動生成一個視圖(Scene)。為了在后面章節(jié)中詳細介紹視圖(Scene)功能，所以這里反選了此項。超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：2-2-4．STAR-CCM+的界面網格數(shù)據(jù)讀入后，各種可操作對象均顯示在界面中。主菜單(

)(Toolbar)屬性窗口(Properties

Window)視圖窗口(Graphics

Window)輸出窗口(Output

Window)樹狀模擬管理窗口(Simulation

Tree)超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：2-2-5．STAR-CCM+的文件STAR-CCM+的模擬保存之后只產生一個模擬文件(*.sim)，網格數(shù)據(jù)、分析條件、結果信息等全部保存在模擬文件中。保存模擬文件。①點擊[File]>[Save]。②

出現(xiàn)[保存]

框。③選擇保存的文件夾。④輸入[文件名]。⑤點擊[保存]。12345超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：2-2-6．視圖顯示2將幾何模型顯示在視圖窗口中。使用Scene功能來實現(xiàn)幾何模型、速度矢量、壓力標量等視圖的顯示。①[Scene]

>

[New

Scene]

>[Geometry]。②在視圖窗口中顯示出幾何模型。1Tips!Scene也會被保存在模擬文件(*.sim)

中不顯。但示是在新視打圖開窗模口擬中文，需件要的雙時擊候欲并顯示的Scene或 選擇[Open]。超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：種類旋轉放大/縮小平移方法鼠標左鍵鼠標中鍵鼠標右鍵縮小放大2-2-7．鼠標視圖操作Chapter2超藍科技：使用鼠標操作在視圖窗口中實現(xiàn)旋轉、放大/縮小、平移。超藍科技：Chaolan_Tech2-2-8．Scene新建、打開Scene。將全部模型居中顯示在視圖窗口。旋轉模型。通過點擊2點確定一個矩形的放大區(qū)域。視圖的保存、設定、選擇。后退(Undo)到前一步的視圖。前進(Redo)到后一步的視圖。模型。通過點擊2點確定截面位置。通過點擊2點測量距離。Scene上按鈕的作用說明如下：超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：2-2-9．顯示網格線顯示網格線。①點擊[Geometry1]>[Displayers][Geometry1]。②切換到[Geometry1]屬性窗口。③選中[Mesh]。④網格線顯示在視圖窗口中?！绻麤]有顯示Scene

Explorer窗口，請從[Window]>[SceneExplorer]打開。1234超藍科技Chapter2超藍科技：：Chaolan_TechChapter2超藍科技：本節(jié)對物理模型（Physics

Continuum）的設定方法進行詳細說明。2-3-1.

設定物理模型2-3-2.

設定物性值2-3．模型設定超藍科技：Chaolan_Tech設定物理模型。①[Continua]>[Physics

1]，選擇[Select

models…]。②打開[Physics

Model

Selection]面板。122-3-1．設定物理模型超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：設定計算條件。①選擇[Motion]>[Stationary]。②被選擇了的模型會追加到右邊的[Enabled

Physics

models]欄里。③選擇[Material]>[Liquid]。④選擇[Flow]>[Segregated

Flow]。1234Chapter2超藍科技：超藍科技：Chaolan_Tech⑤選擇[Equation

of

State]>[ConstantDensity]。⑥選擇[Time]>[Steady]。⑦選擇[Viscous

Regime]>[Turbulent]。567Chapter2超藍科技：超藍科技：Chaolan_Tech⑧選擇[Turbulence]>[K-EpsilonTurbulence]。⑨確認所有設定，然后點擊[Close]。98Chapter2超藍科技：超藍科技：Chaolan_Tech①[Physics

1]>[Models]>[Liquid]>[H2O]節(jié)點下的流體密度、粘度系數(shù)物性值，可以在此進行修改。本例使用默認的數(shù)值。1設定物性值。Tips!物性值可以從STAR-CCM+的物性值數(shù)據(jù)庫中選擇。[H2O]，選擇[Replace

with]，從數(shù)據(jù)庫中選擇需要的流體物性。2-3-2．設定物性值超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：本節(jié)對邊界條件（Boundary）的設定方法進行詳細說明。2-4-1.2-4-2.邊界條件設定（inlet）出口邊界條件設定（outlet）2-3-2．設定邊界條件超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：設定in的邊界類型。①點擊[Regions]>[Zone]>[Boundaries]>[in]。②在屬性窗口中把[Type]更改為[VelocityInlet]。122-4-1．邊界條件設定（inlet）超藍科技

：Chaolan_TechChapter2超藍科技：設定in的入流條件。①點擊[Regions]>[Zone]>[Boundaries]>

[in]>[Physics

Values]>[VelocityMagnitude]>[Constant]。②在屬性窗口中把[Value]的值更改為[1.0]?！膭訑?shù)值后需要按回車鍵[Enter]生效。數(shù)值的單位會自動賦予。12Tips!入流方向是垂直于Boundary面，指向計算域的。超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：設定out的邊界條件。①點擊[Regions]>[Zone]>[Boundaries]>[out]。②在屬性窗口中把[Type]更改為[PressureOutlet]。12-4-2．出口邊界條件設定（outlet）2Chapter2超藍科技：超藍科技

：Chaolan_Tech設定out的出流條件。12Tips!:參考壓力參考壓力的值在[Continua]>[Physics]>

[Reference

Vales]>[Reference

Pressure]中進行設定。①點擊[Boundaries]>[out]>[PhysicsValues]>[Static

Pressure]>[Constant]。②在屬性窗口中把[Value]的值更改為[0.0]。超藍科技Chapter2超藍科技：：Chaolan_TechChapter2超藍科技：本節(jié)對計算結果的顯示方法進行說明。2-5-1.

結果顯示設定（壓力云圖）2-5．結果顯示設定超藍科技：Chaolan_Tech設定壓力云圖。①點擊圖標[Create/Open

Scenes]>[Scalar]。②

展開[Scalar

Scene

1]的

樹。22-5-1．結果顯示設定（壓力云圖）1Chapter2超藍科技：超藍科技

：Chaolan_Tech選擇顯示對象。①點擊[Scalar

Scene]>[Displayers]>[Scalar

1]>[Parts]。②在屬性窗口中選擇[Parts]。③

點擊按鈕

。④點擊[Close]。1234超藍科技Chapter2超藍科技：：Chaolan_Tech將顯示對象變更為壓力云圖。①點擊[Scalar

Scene1]>[Displayers]>[Scalar1]>[Scalar

Field]。②在選型窗口的[Function]里，選擇[Pressure]。1③云圖的刻度欄變?yōu)閇Pressure(Pa)]。23超藍科技Chapter2超藍科技：：Chaolan_Tech變更照明的相關設定。①[Scalar

Scene

1]

>[Attributes]

>[Light]。②選擇[Head

Light]。12超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：變更顯示狀態(tài)。①

選擇

上的[Save-Restore-Selectviews]

>

[Look

Down]

>

[+Z]

> [Up

-Y]。②顯示狀態(tài)被變更。12超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：Chapter2超藍科技：本節(jié)對計算的執(zhí)行方法進行說明。2-6-1.2-6-2.執(zhí)行計算STAR-CCM+的退出方法2-6．執(zhí)行計算超藍科技：Chaolan_Tech132隨著計算進行實時更新。執(zhí)行計算。①

點擊 上的[Run]。②[Residuals]窗口自動打開，計算開始執(zhí)行。③點擊[Scalar

Scene

1]切換到云圖顯示窗口。④窗口顯示為壓力云圖。2-6-1．執(zhí)行計算4超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：退出STAR-CCM+。①點擊主菜單[File]>[Exit]。②[Save]

框出現(xiàn)。③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+的退出方法超藍科技：Chaolan_TechChapter2超藍科技：STAR-CCM+算例：多相流Chapter2超藍科技：超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：Chapter3飛艇周圍的流動模擬模擬概述飛艇周圍的流動模擬。學習內容?掌握使用STAR-CCM+進行流動模擬的流程。?掌握計算條件的設定流程。?掌握網格的生成方法。?掌握計算執(zhí)行方法。?掌握如何使用所關心的工程數(shù)據(jù)作為收斂判據(jù)的方法。?掌握模擬結果的后處理方法(流線、動畫)。操作流程啟動讀入幾何數(shù)據(jù)設定計算條件網格生成設定結果顯示模擬計算超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：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．模擬概述超藍科技：Chaolan_Tech3-1-1．模擬概述流體物性物性：空氣密度：1.1842kg/m3粘度系數(shù)：1.855e-5

Pa?s速度：10

m/s出口Chapter3超藍科技：超藍科技：Chaolan_Tech3-1-2．模型尺寸單位：m9511519040011.520311502.58.5超藍科技Chapter3超藍科技：：Chaolan_TechChapter3超藍科技：3-2．網格的生成本節(jié)詳細說明了模型的網格生成方法。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.

確認模型3-2-5.

網格生成的流程3-2-6.

使用包面(Surface

Wrapper)的原因3-2-7.

設定網格模型(Meshing

Models)3-2-8.

設定網格尺寸和參數(shù)超藍科技：Chaolan_Tech3-2-1．啟動STAR-CCM+①啟動STAR-CCM+。Windows操作系統(tǒng)，雙擊STAR-CCM+的圖標。Unix/Linux操作系統(tǒng)，輸入以下

令：%

starccm+②STAR-CCM+啟動完成之后，點擊主菜單[File]>[New

Simulation]。③[Create

a

New

Simulation]

框出現(xiàn)。④選擇[Serial]。⑤點擊[OK]。2啟動STAR-CCM+。1534超藍科技

：Chaolan_TechChapter3超藍科技：3-2-2．讀入表面數(shù)據(jù)(Surface

Data)讀入飛艇的表面幾何數(shù)據(jù)。①點擊主菜單[File]>[Import

Surface…]。②

[打開]

框出現(xiàn)。③選擇[airship.stl]。④點擊[打開]。⑤[Import

surface

options]

框出現(xiàn)。⑥確認[Units]單位項里選擇的是[m](米)。13⑦點擊[OK]。47256超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：3-2-3．保存模型保存模擬文件。①點擊[File]>[Save]。②

[保存]

框出現(xiàn)。③選擇保存到的文件夾。④輸入文件名[airship]。⑤點擊[保存]。12345超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：3-2-4．確認模型設定視圖顯示。①

點擊

里[Make

SceneTransparent]。②

點擊 里[Save-Restore-Selectviews]

>

[Look

Down]

>

[+Y]

>

[Up+Z]。③點擊里[Save-Restore-Select

views]>[Store

CurrentView]。④

點擊

里[Save-Restore-Selectviews]>

[Restore

View]，可以看到當前已經保存的視圖狀態(tài)。選擇[Restore

View]里的縮略圖就可以恢復到保存過的視圖狀態(tài)。234這里保存的視圖狀態(tài)，在設定結果顯示的時候會使用到。超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：確認讀入的表面數(shù)據(jù)。①點擊[Geometry

Scene

1]>[Geometry1]。②在[Properties]屬性窗口中，勾選[Mesh]項。③網格線顯示在視圖窗口中。123Chapter3超藍科技：超藍科技：Chaolan_Tech3-2-5．網格生成的流程網格生成的流程說明如下。SurfaceImportSurfaceImportSurfaceWrapperSurfaceWrapperSurfaceRemesherSurfaceRemesherPolyhedralMesherPolyhedralMesherPrismLayerPrismLayerimportWrappedRemeshedPoly+Prism超藍科技

：Chaolan_TechChapter3超藍科技：若讀入的表面數(shù)據(jù)存在以下問題，則不能使用STAR-CCM+直接生成體網格。①表面錯配(Mismatch)②表面之間有交叉和

(Intersection)③表面有洞(Hole)和縫隙(Gap)3-2-6．使用包面(Surface

Wrapper)的原因表面之間有交叉和表面錯配超藍科技

：Chaolan_TechChapter3超藍科技：①[Representations]>

[Import]，選擇[Repair

Surface]。②

確認將需要檢測的Region選擇到右邊的框中，點擊[OK]。③出現(xiàn)[SurfaceMeshDiagnostics]面板，被檢測的Region中有問題的點線面及其錯誤數(shù)會顯示出來。2使用下面的面板來確認表面數(shù)據(jù)里存在問題的點線面的位置。※有關此面板的詳細介紹請參照APPENDIX

E。31Tips．確認表面數(shù)據(jù)里存在問題的方法超藍科技

：Chaolan_TechChapter3超藍科技：表面數(shù)據(jù)上出現(xiàn)問題的位置會以相應的顏色顯示出來。Chapter3超藍科技：超藍科技：Chaolan_Tech在STAR-CCM+中，若想在有問題的表面數(shù)據(jù)上生成體網格，必須先使用【Surface

Wrapper】功能修復表面數(shù)據(jù)。運行【Surface

Wrapper】前后的表面對比如下圖所示。importimportwrappedwrapped超藍科技Chapter3超藍科技：：Chaolan_Tech再使用【Surface Remeher】功能，生成適合體網格生成的表面網格。importwrappedremeshedChapter3超藍科技：超藍科技：Chaolan_Tech3-2-7．設定網格模型(Meshing

Models)選擇生成的網格。2①樹狀模擬管理窗口中的

[Continua]>[Mesh1]，選擇[SelectMeshing

Models…]。1②打開[Meshing

Model

Selection]面板。超藍科技

：Chaolan_TechChapter3超藍科技：選擇生成網格需要用到的Mesher。12346①選擇[Surface

Mesh]>[SurfaceRemesher]和[Surface

Wrapper]。Chapter3超藍科技：②所選擇的Mesher會顯示在右側的[Enabled

Meshing

models]里。③選擇[Volume

Mesh]>[PolyhedralMesher]。④選擇[Optional

Meshing

models]>[Prism

Layer

Mesher]。⑤確認設定。⑥點擊[Close]。5超藍科技：Chaolan_Tech以下說明選擇Mesher時的變更方法。1①點擊[Enabled

Meshing

models]里的[Surface

Wrapper]。②之前選擇過的Mesher，會重新移動回到左側的面板中。左側面板中的Mesher，在網格生成過程中不會被使用到。③再次選擇[Surface

Wrapper]，移動到右側的[Enabled

Meshing

models]里，使其重新生效。此例的網格生成需要用到[SurfaceWrapper]，所以要確保其處于生效狀態(tài)。Tips．選擇Mesher時的變更方法23超藍科技

：Chaolan_TechChapter3超藍科技：3-2-8．設定網格尺寸和參數(shù)設定網格的基本尺寸。①點擊樹狀模擬管理窗口中的

[Continua]>[Mesh

1]>[ReferenceValues]>[Base

Size]。②在屬性窗口中輸入[Value]的參數(shù)值，Value=40.0

m。Tips!：Base

Size是生成網格時的基本尺寸。這個值在設定別的參數(shù)時是作為ReferenceValues的基準值存在的。計算域的尺寸在較長方向上大致是

400[m]，這里取其1/10作為BaseSize的值。注）以上是比較粗糙的網格尺寸設定。12超藍科技

：Chaolan_TechChapter3超藍科技：設定邊界層網格的厚度。③點擊[Continua]>[Mesh

1]>

[Reference

Values]>[Prism

LayerThickness]>[Relative

Size]。④在屬性窗口中輸入[Percentage

ofBase]的值為[0.5]。Tips!：Prism

Layer

Thickness這里設定的是邊界層網格的總厚度（不是一層的厚度）。飛艇船艙的高度為2.5[m]，取大約其值的1/10來設定。Prism

Laye

rThickness34超藍科技Chapter3超藍科技：：Chaolan_Tech設定表面網格的最小尺寸。⑤點擊[Continua]>[Mesh

1]>

[Reference

Values]>[Surface

Size]>

[Relative

Minimum

Size]。⑥在屬性窗口中輸入[Percentage

ofBase]的值為[1.0]。Tips!：Relative

Minimum

Size尾翼的厚度是1.0[m]，設定值需要滿足在尾翼厚度方向上至少能生成兩層網格。56超藍科技Chapter3超藍科技：：Chaolan_Tech設定表面網格的目標尺寸。⑦

點擊[Continua]

>

[Mesh

1]

>[Reference

Values]

>

[Surface

Size]

>[Relative Size]。⑧在屬性窗口中輸入[Percentage

ofBase]的值為[100.0]。Tips!：Relative

Size設定與Base

Size相同值即可。78超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：設定包面(Wrapper)網格的尺寸（通過設定包面的比例因子來實現(xiàn)）。⑨點擊[Continua]>[Mesh

1]>

[ReferenceValues]>[Wrapper

ScaleFactor]。⑩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）包面網格尺寸=Base

Size[m]×

Size[%]×Wrapped

ScaleFactor[%]=40[m]×100[%]×30[%]=12[m]910超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：Chapter3超藍科技：本節(jié)對物理模型（Physics

Continuum）的設定方法進行詳細說明。3-3-1.

設定物理模型3-3-2.

設定物性值3-3．模型設定超藍科技：Chaolan_Tech3-3-1．設定物理模型設定物理模型。①

樹狀模擬管理窗口中的[Continua]。②點擊[New]>[Physics

Continuum]。③

[Continua]>[Physics

1]。④點擊[Select

models…]。⑤[Physics

Model

Selection]

框出現(xiàn)。12345超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：設定計算條件。①選擇[Space]>[Tree

Dimensional]。②被選擇了的模型會追加到右邊的[Enabled

Physics

models]欄里。③選擇[Motion]>[Stationary]。④選擇[Material]>[Gas]。⑤選擇[Flow]>[Segregated

Flow]。12345超藍科技Chapter3超藍科技：：Chaolan_Tech⑥選擇[Equation

of

State]>[ConstantDensity]。⑦選擇[Time]>[Steady]。⑧選擇[Viscous

Regime]>[Turbulent]。678Chapter3超藍科技：超藍科技：Chaolan_Tech⑨選擇[Turbulence]>[K-EpsilonTurbulence]。109⑩確認所有設定，然后點擊[Close]。Tips!打開Auto-select mendedphysicsmodels的時候，會自動選擇紊流模型的

設定。在K-Epsilon紊流模型中?Realizable

Two-Layer

K-Epsilon?Two-Layer

Ally+Wall

Treatment會被自動選擇。若想選用其它的模型，請關閉Auto-selectmended

physics

models。超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：①[Physics

1]>[Models]>[Gas]>[Air]節(jié)點下的空氣密度、粘度系數(shù)物性值，可以在此進行修改。本例使用默認的數(shù)值。設定物性值。Tips!物性值可以從STAR-CCM+的物性值數(shù)據(jù)庫中選擇。[Air]，選擇[Replace

with]，從數(shù)據(jù)庫中選擇需要的氣體物性。3-3-2．設定物性值110超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：本節(jié)對邊界條件（Boundary）的設定方法進行詳細說明。3-4-1.3-4-2.3-4-3.3-4-4.3-4-5.3-4-6.3-4-7.3-4-8.3-4-9.3-4-10.3-4-11.3-4-12.3-4-13.3-4-14.邊界條件設定（wall）WallWallWall分割Boundary

Boundary設定（

）Boundary設定（出口）Boundary設定（虛擬空間側面）Boundary設定（翼１）Boundary設定（翼２）Boundary設定（翼３）Boundary設定（飛艇船體）Boundary設定（翼４）Boundary設定（飛艇船艙）邊界條件設定（inlet）

Inlet邊界條件設定（outlet）邊界條件設定（side）WallWallWallInterface

BoundaryOutlet3-4．設定邊界條件超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：顯示Boundary。①點擊[Regions]>[Region

1]>

[Boundaries]>[airship4.stl]。②當前只存在有一個Boundary。使用分割功能，將Boundary分割成復數(shù)，便于設定。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）。由于在體網格生成后，分割Boundary會變得比較

，所以最好在網格生成前就將Boundary分割好。12超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：分割Boundary。①[Regions]>[Region

1]>

[Boundaries]>[airship4.stl]。②

點擊[Split

B le]。③[Split

Boundaries

b

le]

框出現(xiàn)。④在[Angle(degrees)]中輸入[60]。⑤點擊[Apply]。⑥點擊[Close]。124563超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：⑦確認分割之后的Boundary。⑧點擊任意的Boundary。⑨對應的會在視圖窗口中高亮顯示。978超藍科技Chapter3超藍科技：：Chaolan_Tech更改airship4.stl的名稱。①

[airship4.stl]。②確認視圖窗口中高亮顯示的[airship4.stl]位置。③點擊[Rename]。④打開[Rename]面板。⑤在[New

Name]中填入[inlet]。⑥點擊[OK]。3-4-2．Boundary設定（）Tips!

快捷鍵在左鍵單擊選中Boundary后，直接按F2鍵就可以進行Rename操作。123564超藍科技

：Chaolan_TechChapter3超藍科技：更改airship4.stl（inlet）的邊界類型。①點擊[Inlet]。②將屬性窗口里的[Type]項更改為[Velocity

Inlet]。12Chapter3超藍科技：超藍科技：Chaolan_Tech更改airship4.stl

2的名稱。①

[airship4.stl

2]。②確認視圖窗口中高亮顯示的[airship4.stl

2]位置。③點擊[Rename]。④打開[Rename]面板。⑤在[New

Name]中填入[outlet]。⑥點擊[OK]。3-4-3．Boundary設定（出口）123564超藍科技

：Chaolan_TechChapter3超藍科技：更改airship4.stl

2

（outlet）的邊界類型。①點擊[outlet]。②將屬性窗口里的[Type]項更改為[Pressure

Outlet]。12Chapter3超藍科技：超藍科技：Chaolan_Tech更改airship4.stl

3～6，它們都屬于虛擬空間的側面。①點擊[airship4.stl

3]。②按住[Shift]鍵單擊[airship4.stl

6]。③復數(shù)選中的[airship4.stl

3~

airship4.stl

6]。④點擊[Combine]，將[airship4.stl

3～airship4.stl

6]合并在一起。13-4-4．Boundary設定（虛擬空間側面）234Tips!：復數(shù)項的選擇方法同Windows系統(tǒng)中的操作類似。按住[Shift]鍵選擇選中從點擊開始位置到點擊終止位置范圍內的復數(shù)項按住[Ctrl]鍵選擇選中每次點擊所包含的復數(shù)項超藍科技

：Chaolan_TechChapter3超藍科技：更改airship4.stl

3的名稱。56①

[airship4.stl

3]。②確認視圖窗口中高亮顯示的[airship4.stl

3]位置。③點擊[Rename]。④打開[Rename]面板。⑤在[New

Name]中填入[side]。⑥點擊[OK]。⑦邊界條件無需變更，保留默認的[Wall]即可。41237超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：更改airship4.stl

7～11，它們都屬于翼1。12③①點擊[airship4.stl

7]。②按住[Shift]鍵單擊[airship4.stl

11]。復數(shù)選中的[airship4.stl7~

airship4.stl

11]。④點擊[Combine]，將[airship4.stl

7～airship4.stl

11]合并在一起。3-4-5．Boundary設定（翼1）34超藍科技

：Chaolan_TechChapter3超藍科技：更改airship4.stl

7的名稱。56①

[airship4.stl

7]。②確認視圖窗口中高亮顯示的[airship4.stl

7]位置。③點擊[Rename]。④打開[Rename]面板。⑤在[New

Name]中填入[wing1]。⑥點擊[OK]。⑦邊界條件無需變更，保留默認的[Wall]即可。41273超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：更改airship4.stl12～16，它們都屬于翼2。③①點擊[airship4.stl

12]。②按住[Shift]鍵單擊[airship4.stl

16]。復數(shù)選中的[airship4.stl

12～airship4.stl

16]。④點擊[Combine]，將[airship4.stl

12～airship4.stl

16]合并在一起。13-4-6．Boundary設定（翼2）234超藍科技

：Chaolan_TechChapter3超藍科技：更改airship4.stl

12的名稱。65①

[airship4.stl

12]。②確認視圖窗口中高亮顯示的[airship4.stl

12]位置。③點擊[Rename]。④打開[Rename]面板。⑤在[New

Name]中填入[wing2]。⑥點擊[OK]。⑦邊界條件無需變更，保留默認的[Wall]即可。41237超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：更改airship4.stl17～21，它們都屬于翼3。13-4-7．Boundary設定（翼3）234③①點擊[airship4.stl

17]。②按住[Shift]鍵單擊[airship4.stl

21]。復數(shù)選中的[airship4.stl

17～airship4.stl

21]。④點擊[Combine]，將[airship4.stl

17～airship4.stl

21]合并在一起。超藍科技

：Chaolan_TechChapter3超藍科技：更改airship4.stl

17的名稱。65①

[airship4.stl

17]。②確認視圖窗口中高亮顯示的[airship4.stl

17]位置。③點擊[Rename]。④打開[Rename]面板。⑤在[New

Name]中填入[wing3]。⑥點擊[OK]。⑦邊界條件無需變更，保留默認的[Wall]即可。41237超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：更改airship4.stl

22～30，它們都屬于飛艇船體。13-4-8．Boundary設定（飛艇船體）234①點擊[airship4.stl

22]。②按住[Shift]鍵單擊[airship4.stl

30]。③ 復數(shù)選中的[airship4.stl22～airship4.stl

30]。④點擊[Combine]，將[airship4.stl

22～airship4.stl

30]合并在一起。超藍科技

：Chaolan_TechChapter3超藍科技：更改airship4.stl

22的名稱。65⑥點擊[OK]。⑦邊界條件無需變更，保留默認的[Wall]即可。41①

[airship4.stl

22]。②確認視圖窗口中高亮顯示的[airship4.stl

22]位置。2③點擊[Rename]。④打開[Rename]面板。⑤在[New

Name]中填入[body]。37超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：更改airship4.stl31～35，它們都屬于翼4。13-4-9．Boundary設定（翼4）234③①點擊[airship4.stl

31]。②按住[Shift]鍵單擊[airship4.stl

35]。復數(shù)選中的[airship4.stl

31～airship4.stl

35]。④點擊[Combine]，將[airship4.stl

31～airship4.stl

35]合并在一起。超藍科技

：Chaolan_TechChapter3超藍科技：更改airship4.stl

31的名稱。65①

[airship4.stl

31]。②確認視圖窗口中高亮顯示的[airship4.stl

31]位置。③點擊[Rename]。④打開[Rename]面板。⑤在[New

Name]中填入[wing4]。⑥點擊[OK]。⑦邊界條件無需變更，保留默認的[Wall]即可。41237超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：更改airship4.stl

36～38，它們都屬于飛艇船艙。13-4-10．Boundary設定（飛艇船艙）234①點擊[airship4.stl

36]。②按住[Shift]鍵單擊[airship4.stl

38]。③ 復數(shù)選中的[airship4.stl36～airship4.stl

38]。④點擊[Combine]，將[airship4.stl

36～airship4.stl

38]合并在一起。超藍科技

：Chaolan_TechChapter3超藍科技：更改airship4.stl

36的名稱。65①

[airship4.stl

36]。②確認視圖窗口中高亮顯示的[airship4.stl

36]位置。③點擊[Rename]。④打開[Rename]面板。⑤在[New

Name]中填入[cabin]。⑥點擊[OK]。⑦邊界條件無需變更，保留默認的[Wall]即可。41372超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：設定Inlet條件。①點擊[Regions]>[Region

1]>[Boundaries]>[inlet]>[PhysicsValues]>[VelocityMagnitude]>[Constant]。②在屬性窗口中把[Value]的值更改為[10.0]?！膭訑?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．邊界條件設定（inlet）Tips!入流方向是垂直于Boundary面，指向計算域的。超藍科技：Chaolan_TechChapter3超藍科技：設定outlet壓力邊界條件。13-4-12．邊界條件設定（outlet）2Tips!:參考壓力參考壓力的值在[Continua]>[Physics]>

[Reference

Vales]>[Reference

Pressure]中進行設定。①點擊[Boundaries]>[outlet]>[PhysicsValues]>[Static

Pressure]>[Constant]。②在屬性窗口中把[Value]的值更改為[0.0]。Chapter3超藍科技：超藍科技

：Chaolan_Tech設定Side壁面邊界條件。定義滑移壁面條件（Slip

Wall）和邊界層。①點擊[Boundaries]>[side]>[PhysicsConditions]>[Shear

Stress

Specification]。②在屬性窗口中更改[Method]項為[Slip]。13-4-