如何快速学习STAR-CCM+软件解决工程实际问题

作者 | Tsinglin 仿真秀专栏作者 

首发 | 仿真秀公众号（ID:fangzhenxiu2018）

随着CFD技术的发展，CFD已成为现在工程应用中用于解决复杂问题的一种常用方法。如今，不论是在高校还是企业，越来越多的人都会选择使用一些CFD商业软件来解决实际问题。

据不完全统计，现有的CFD软件多达上百种、它们各自在各自的领域具备不同的优势。CFD工程师经常由于工作单位更换或者面临的工程问题不同，不得不选择不同的CFD工具软件。

那么如何快速掌握一款CFD工具软件对我们工程师解决具体问题或者适应新单位新工作显得格外的重要。因此，我在这里总结了一些我当时学习STAR-CCM+的经验，分享给大家提供参考，希望对大家有所帮助！
 
当然，本文的目的并不是要否定别人的观点、也并不希望一定能够说服大家，而仅仅是从某些特定的角度，提供一些信息，希望能够引发大家的思考。
 
一、明确目的，有的放矢
 
大家学习STAR-CCM+的目的我总结为以下两点：
 
1、长期应用需求
 
把STAR-CCM+作为“职业工具”，好比钢琴家的钢琴。那么，我们往往需精通软件解决复杂工程或研究问题的能力。当然，我说的精通，并不是精通软件所有的功能，而是你研究方向上所要用到的功能，比如你是搞热设计的，那么就需要精通传热、流动计算。对于电磁、铸造这些你不涉及的模块可以先不学。有时间有精力再去了解。毕竟一个人的精力是有限的，STAR-CCM+软件能解决的问题设计各个领域。我们不可能全部精通。 

2、临时项目需求
 
因为甲方或者领导、老师要求，需要临时使用STAR-CCM+解决某个问题。那么，就要求我们快速获得软件解决某个仿真问题的能力。 

二、了解软件，制定学习计划

1、软件能做哪些模拟分析？
 
STAR-CCM+是西门子工业软件推出的新一代通用CFD仿真软件，采用连续介质力学数值技术，不仅可进行流体分析，还可进行结构应力、气动声学等其他物理场或多个物理场耦合模拟分析。针对自己学习目的，选择合适的方向进行学习。

2、软件具有哪些功能？

众所周知，CAE仿真一般流程如下图所示：

STAR-CCM+不仅是 (CFD)仿真软件，更是解决跨学科问题的综合工程解决方案，所有操作在同一界面中，一个用户界面可以完成整个CAE过程：

• 第一步：CAD 几何建模

• 第二步：表面网格准备

• 第三步：网格划分

• 第四步：求解计算

• 第五步；后处理

接下来，笔者演示一个阀门内流场仿真案例，需要这个模型算例的朋友请分享本文到朋友圈，截图发到仿真秀公众号，回复 我要模型 我立即给您发模型文件。

这个案例是演示采用STAR-CCM+计算球阀内流场特性。首先是

1、问题描述 

通过对阀门的流动特性仿真指导阀门设计。本案例以工业常用球阀为例进行仿真，获取阀门内部流场特性与流量特性。已知：阀门入口流量为0.5kg/s，流动介质为水。 

2、几何前处理 

由于本次仿真主要关心阀门一定开度下，其内部流阻特性，通过热力学分析可知将阀门流动过程可看作绝热过程。因此，提取阀门内部流道进行数值仿真。本案例采用3D-CAD操作抽取模型如下：

右击模型选择【抽取内部体积】，如图，在绿色框内选择进出口端面，红色框内选择与流体接触的几何部件，勾选【创建体组】 

 
3、划分流场域网格
 
基于PBM方式，采用自动网格划分方法划分多面体网格，网格如下图所示

① 右击【操作】>【自动网格】，选择网格模型 

 
② 在【区域】节点，设置边界条件如下

4、求解设置

通过计算入口雷诺数大于2500，因此阀门内部流动为湍流流动

① 在【连续体】节点选择【物理模型】

② 设置【停止标准】最大迭代步数为500，监测出口平均速度。 

5、运行仿真，进行数值计算 

观察残差曲线与监测平均速度，当残差下降到10E-3以下，监测量稳定后，说明计算收敛。

6、结果后处理

① 速度云图

② 压力云图

③ 矢量图 

④ 流线图

三、制定学习计划

在确定了自己的学习目的和对软件功能有一定了解的情况下，你基本清楚自己需要学习的内容。那么接下来的工作就是。根据自己的学习内容寻找相关的教程，并制定合理的学习计划。

对于学习资料，我的总结是：在精不在多。网上能找的STAR-CCM+的学习资源很多也很杂。不成系统的学习资料，容易让初学陷入以下几个困境：

• 花大量时间整理海量资料却只能获取少量的干货内容

• 资料众说风云，到底哪个说的对？

• 论坛、学习群处处碰壁

• 按照case步骤，总是不知为什么这么设置？还经常出现不一致结果。。。。。。

从我学习的过程看，最好的学习资料我认为就是软件自带的帮助文档，STAR-CCM+软件我喜欢它的原因之一就是它的帮助文档非常给力，而且现在新版本，帮助文档很多都翻译成中文了，看着非常方便。而且它里面自带有教程标准案例。当然，它也有个缺点，就是涉及内容较多，所以学习起来一是需要时间较多；二是案例难度系数不大，适合入门不适合提高。

目前，我也在仿真秀开设了一个STAR-CCM+入门与进阶的精品系列课程，结合我学习和使用STAR-CCM+的经验跟大家分享，希望助力大家快速学习和掌握STAR-CCM+去解决实际工程问题， 课程安排见下文。

三、从易到难，循序渐进
 
初学软件，一定要先从简单问题开始。其主要原因是，容易成功，能够增加成就感和自信心，不至于让我们丧失学习的兴趣。再复杂的系统也都是由一个个简单的部件组成。一开始做复杂问题，一是容易出错，二是如果出错，也很难快速找到问题所在。这样既浪费时间又增加学习难度。

四、先熟悉界面与流程、再关注具体细节

STAR-CCM+可以实现几何建模、网格划分、求解计算以及后处理。其基本流程如下图所示。我们可以通过几个简单的案例，一个一个流程去熟悉软件的操作界面。一开始，肯能因为STAR-CCM+结构树层次较深，感觉有点晕，可以先把主要的节点记住。做个小备忘录，在这个节点可以处理什么问题。表面处理流程是怎么样的？体网格生成流程是什么样的？…..
 
软件包括几何建模、表面处理、网格划分、求解设置、后处理多个功能，每个功能可能都具有一个或多个固定流程。建议在做计划的时候，一个一个模块，一个一个流程来熟悉。等熟悉一个流程后，其它的流程上手就非常快了。

五、学习求助的建议

1、软件安装

安装包获取途径：百度、微信公众号、代理商申请试用

安装失败：用户名是不是中文？杀毒防火墙是否关闭？代安装

2、具体技术问题

• 自己先思考、尝试…

• 花点时间把自己的问题整理成一个文档：工况详情、详细设置、报错情况等

• 方便提供模型及资料的一并打包

• 不论结果如何，表示感谢

3、学习资料获取

• 自己动手，丰衣足食：论坛、仿真秀、公众号

• 花钱购买（一分价钱一分货）

  
  

不论是STAR-CCM+，还是其他CFD仿真软件，它们说白了终究只是我们用于解决实际工程问题的工具，只要我们平时多加练习，均能很好的掌握软件本的具体操作。如果需要灵活利用工具软件解决我们的实际工程问题，还要求我们具备相应的理论知识。

所以，建议初学者特别是刚接触CFD的学者，在学习阶段一定要注重软件操作同时关注实际问题的理论。要知其然且知其所以然。

不要贪做很多STEP BY STEP没有任何解释光是如何操作的案例，而是要把每个案例解决的问题是什么？为什么要这么设置？它的本质是什么？搞清楚，触类旁通、举一反三。这样才能将所学的东西应用到我们的实际问题中去。

六、STARCCM+入门与进阶（R2019.2）16讲

自2019年10月起，受仿真秀平台的邀请，笔者在工作之余，结合自己的学习经历和工程经验，发布了一套《STARCCM+入门与进阶（R2019.2）16讲》-掌握STARCCM+基本仿真流程及工程应用。现已经更新到第9期，预计11月中旬前更新完整，需要的朋友可以订阅。以下是课程大纲

1、课程安排

注：以实际更新时间为准

限时特价（限20名）

限时特价：299元（原价：399 元 ）

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可开具发票

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课程永久保存，随时回放

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二、你将获得

• 学员可以了解STARCCM+软件的功能和优势，以及软件仿真分析基本流程及方法；

• 掌握STARCCM+前处理的工作思路及处理复杂脏模型的技巧；

• 掌握STARCCM+不同体网格（多面体、六面体等）及周期网格生成技巧和方法；

• 掌握利用STARCCM+软件仿真的边界条件、湍流模型、壁面函数、求解算法选择以及可视化求解设置方法；

• 掌握STARCCM+仿真分析结果后处理的方法，能够正确解读仿真结果；

• 了解利用STARCCM+进行传热、多相流、瞬态仿真的一般流程与常规设置方法；

• 订阅用户，可以及加入讲师个人的VIP学习群，与讲师持续交流。也可以联系小助手直接获得模型文件和资料。

三、适听人群

• 学习型仿真工程师、

• 理工科院校学生

• STARCCM+软件学习和应用者

四、 讲师介绍

卿林老师，7年的航天行业CFD仿真分析从业经验，航空航天科学与技术专业，硕士学历，CFD学习与应用科普作者，仿真秀科普作者。

学习或工作经历：北京理工大学航空宇航科学与技术，硕士学历；北京理工大学航空宇航科学与技术，学士学历，曾就职于中国科学院某研究所，分析内容涉及气动、传热、多相流等仿真分析等。

个人部分案例：

• 基于STARCCM+的离心压气机内流场分析；

• 基于STARCCM+的某大型实验柜内温度场及流场分析；

• 基于STARCCM+的某型火箭发动机液氧预冷仿真分析；

• 基于STARCCM+的四旋翼无人机外流场仿真分析。

五、系列课价格

本系列课价值399元，可开具发票，第1期免费试听，本次优惠活动，可以领取系列课优惠券，限20名，具体咨询在仿真秀公众号 回复 小助手 咨询。

第1名-20名            299元
第21-100名以后      349元
第100名以外           399元

作者：Tsinglin老师，仿真秀专栏作者

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本篇文章来源于微信公众号: 南流坊