Simcenter STAR-CCM+ 2406
User Guide
Simcenter STAR-CCM+ 可对广泛的物理现象进行建模，包括流体力学、固体力学、热传递、电磁学以及化学反应。具有多个时间尺度的方案可以在同一模拟中求解。
热传递研究的是由介质中或介质之间的温度差导致的能量传递。 热传递扩展了热力学分析的范围，采用的方法包括研究能量传递模式以及建立计算能量传递速率的公式。
热舒适性是指人对其周围环境条件的满意程度。实现和维护热舒适性是 HVAC（暖通空调）系统设计和运行的关键目标。
Simcenter STAR-CCM+ 为模拟单相和多相流体流、热传递、湍流、固体应力、动态流体相互作用、气动声学和相关现象提供了一系列物理模型和方法。这些物理模型全部可使用物理连续体选择。
本节介绍如何在 STAR-CCM+ 中设置物理模型。
文档的此部分介绍运行 Simcenter STAR-CCM+ 模拟的准备和步骤。
通常，运动可以定义为体相对于特定参考坐标系的位置变化。
Simcenter STAR-CCM+ 中空间模型的主要功能是为计算和访问网格度量提供方法。网格度量的示例包括网格单元体积和形心、面网格面积和形心、网格单元和面索引以及偏斜角。
Simcenter STAR-CCM+ 中时间模型的主要功能是提供控制迭代和/或非稳态时间步进的求解器。
许多涉及运动或几何更改的模拟需要移动网格或使网格变形。其他模拟需要局部网格自适应才能获得精确的解。
材料模型对物质（包括各种混合物）进行模拟。
许多工程设计项目都要求预测流动流体对其中包含的结构或浸入对象的影响。虽然可以通过人工计算来分析简单情景，但复杂情景要求应用数值方法来得到精确求解。
粘性流是一种有限元方法，用于粘弹性材料和其他高粘度非牛顿流体，如液态塑料和橡胶、面团和类似食品、熔融态玻璃以及泥浆。粘弹性材料与弹性材料类似，但同时具有粘性效应，变形后会缓慢反弹。
被动标量是具有任意值的用户自定义变量，被分配给液相或单个颗粒。它们不会影响模拟的物理属性，因此为被动标量。可以直观地将被动标量视为流体中的示踪染料，但是通过数值而不是颜色示踪，并且没有可感知的质量或体积。
热传导是指内部能量通过中间空间内相邻颗粒（例如原子、分子、离子或电子）的相互作用从较高温度区域到较低温度区域的流动过程。 此流动过程可视为因颗粒之间的相互作用而导致能量从物质的能量较高颗粒传输至能量较低颗粒。
对流热传递是指通过流体运动传递热能的过程。在工程实践中，它用于提供特定的温度变化。例如，热交换器、电子设备冷却和涡轮叶片冷却均属于对流热传递现象。
热辐射是来自温度大于绝对零的所有物质的电磁波发射，并且表示热能到电磁能的转换。 它由物质中导致电荷加速和偶极振荡的带电颗粒热运动生成。 这会推动耦合电场和磁场的电动生成，导致热辐射发射。
Simcenter STAR-CCM+ solves the governing equation for energy transport within a solid using either the finite volume method or the finite element method.
使用 Simcenter STAR-CCM+，可以通过固体-流体交界面对流体和相邻固体之间的同步耦合热传递建模。下图显示了一个应用示例，可在其中计算固体管道内流动的流体之间的热传递。
可以对不同复杂程度的热舒适性建模。等效均匀温度模型以等效均匀温度 (EHT) 的形式快速提供局部热舒适性指数。Fiala 热调节模型提供了更多详细信息，其包含人体的热生理反应，还可通过皮肤温度分布和整体热舒适性指标评估热舒适性。
热舒适性模型可在可选模型下访问以下特定热舒适性模型：
Fiala 热调节模型是可以综合模拟人体的多段、多节点模型，包括预测整体和局部生理反应。它们基于一般人的特点，分析人体的详细多层结构。它们对环境热交换进行建模，包括身体因自由对流和强制对流、太阳辐射、长波辐射、皮肤水分蒸发以及服装的绝缘效应发生的局部热能损失和吸收。
等效均匀温度 (EHT) 已纳入 ISO 14505 标准，用于评估车辆或任何密闭空间中的热环境（这些密闭空间具有接近于热中性的非对称气候条件）。等效均匀温度模型使用热人体模型表示人体并将其细分为 17 个段。
Fiala 热调节模型和等效均匀温度模型以人体模型表示人体。
对于 Fiala 热调节模型，人体模型几何部件必须细分为 58 个部件表面，而对于等效均匀温度模型，必须细分为 17 个部件表面。各个模型都有为单独部件表面命名的约定，可使用该命名约定简化 Fiala 模型的热网络链接设置以及等效均匀温度模型的 EHT 段设置。如果为分段人体模型几何体的部件表面应用命名约定，则单独网络链接的部件表面和区域层上的 EHT 段将自动关联相应的几何部件表面。
网络区域表示热舒适性模拟中人体模型的热网络。热网络计算人体的热生理反应。
本节讨论准确使用标准壁面函数和内置后处理热传递系数的建议。
沸腾是液体的快速汽化。当液体加热到超过其沸腾温度的温度时，通常发生沸腾。
使用薄膜模型可以简化驾驶室挡风玻璃内部或其他表面上的除冰或除雾模拟。它适用于仅关注冰层或雾层的分布位置及厚度的情况。它假设厚度与网格单元尺寸相比可忽略不计。
Simcenter STAR-CCM+ 中的热交换器可对两个流体束（热流体和冷流体，如散热器和空气冷却器中的流体）之间的热传递建模。本节介绍如何使用 Simcenter STAR-CCM+ 中的单流体和双流体热交换器选项。
在数学中，优化是指从一组可用的替代元素中选择最佳元素（相对于某种标准）的过程。 在最简单的情况下，优化问题是指系统地从一系列允许的数据集内选择输入值并计算函数值，以最大化/最小化实际函数（即目标函数）。
本节提供了 Simcenter STAR-CCM+ 中能量模型通用的参考信息。
本章包含 Simcenter STAR-CCM+ 中化学组分模型的相关信息。 从物理模型选择对话框的材料模型部分中选择多组分液体或多组分气体时，组分模型将激活。
通过 Simcenter STAR-CCM+，可以运用使用相应损耗（或“扩散”）系数表示多孔介质的操作概念，模拟如何通过多孔介质传输流体或能量（例如，热量或电荷）。
伴随法是用于预测许多设计参数和物理输入对某些相关工程量（即，模拟的工程目标）的影响的有效方法。换言之，它根据设计变量（输入）提供目标（输出）的灵敏度。
Simcenter STAR-CCM+ 提供了应用典型风扇定律的轴向和径向风扇模型。
虚拟盘体模型基于将螺旋桨、涡轮机、旋翼和风扇等表示为执行器盘体的原则。当担心旋翼/螺旋桨行为对流体的影响，而不是了解旋转设备的流体和叶片之间详细的相互作用时，执行器盘体处理是可行的。
工程中关注的大多数流体流都具有不规则的波动流量。
The term transition refers to the phenomenon of laminar to turbulence transition in boundary layers. A transition model in combination with a turbulence model predicts the onset of transition in a turbulent boundary layer.
壁面距离是一个参数，表示从网格单元形心到具有非滑移边界条件的最近壁面的距离。各种不同的物理模型都需要此参数才能考虑近壁效应。
辐射模型是 Simcenter STAR-CCM+ 的所有辐射建模功能的起点或切入点。本节介绍了 Simcenter STAR-CCM+ 的辐射建模。
气动声学研究声音的空气动力生成过程。
Simcenter STAR-CCM+ 提供了一系列可用于模拟各种反应流体应用的模型。
在内燃机 (ICE)（例如汽油发动机）中，燃烧过程发生在发动机内的一个气缸（或多个气缸）中。工作流体为燃料和氧化剂混合物（通常为空气），它会发生反应以形成燃烧产物。
多相流这个术语指相间存在不同交界面的同一系统中的多个相的流体和相互作用。Simcenter STAR-CCM+ 将相共存的流选项视为：液体中的气泡、气体中的液滴、气体或液体中的固体颗粒和/或（大尺度）自由表面流。
Simcenter STAR-CCM+ 中的动态流体相互作用 (DFBI) 用于使用定义的机械和多物理场相互作用（流、DEM、固体应力、EMAG）生成的位移和旋转来模拟 6 自由度体的运动。
某些非稳态流体具有定期重复的流体模式，即它们具有时间周期性。 考虑从风扇叶片流经管道入口的流体。 管道中瞬时流体的测量将显示定期重复模式。 如果流体干扰足够大，并且传播到管道末端，则管道中任何点处的非稳态流体的测量会显示重复模式。 可以使用傅立叶级数表示此类时间周期性模式。
使用 Simcenter STAR-CCM+，可以对固体连续体对应用负载（包括机械负载和固体温度变化导致的热负载）的响应进行建模。
可通过 Simcenter STAR-CCM+ 对涉及电磁现象的工程应用进行建模。例如，可根据经典电磁理论对电动机、电动开关和变压器等应用进行建模。
电化学是对由于施加电荷或边界处导体（如金属）与电解质之间的电势差而发生的化学反应进行的研究。Simcenter STAR-CCM+ 提供可用于模拟电池、腐蚀、蚀刻和其他电化学反应的模型。
Electrical circuits are conducting loops of interconnected electrical components, such as batteries, power sources, resistors, and inductors.
等离子体是一种物质状态，类似于部分或完全由未相互绑定的带电颗粒（如离子和电子）组成的气体。
可以使用直接在 Simcenter STAR-CCM+ 或在外部软件包 Simcenter Battery Design Studio 中定义的电池电芯和电池循环过程在 Simcenter STAR-CCM+ 中模拟电池。
Casting simulations are performed using transient multiphase simulations using the VOF model with solidification. Conjugate heat transfer is applied between the solidifying melt and the solid mold.
本节提供有关如何将区域源用于某些常见问题的一些准则。
网格单元质量校正模型可帮助获取有关低质量网格的求解。此模型使用一组预定义的条件（如超过特定阈值的偏斜角）标识低质量网格单元。标记这些网格单元及其相邻网格单元后，将修改这些网格单元中的计算梯度，以提高求解的稳定性。
此部分文档提供了有关将 Simcenter STAR-CCM+ 模型应用于具体应用的准则。
在 Simcenter STAR-CCM+ 中，求解器在模拟运行期间计算求解。
