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。
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。
当使用反应组分传输模型时，Simcenter STAR-CCM+ 对化学反应中涉及的所有组分的质量分数传输方程进行求解。这些组分质量分数传递到返回产品量的单独化学求解器。
本节提供所有反应组分传输模型的参考资料，包括属性、子节点、场函数和其他特定于模型的设置。
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。
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。
使用 Simcenter STAR-CCM+ 中提供的反应流模型组合，可以对多个不同类型的反应流体应用进行建模。
Simcenter STAR-CCM+ 支持多种类型的燃烧分析，它们有各自的工作流。本节帮助确定适合于期望的分析类型的模型选择。
某些参考资料在反应流体资料的不同小节中是通用的。
可以使用聚类、ISAT 或动态机制缩减方法加速复杂化学计算。
使用此工作流模拟多组分液体反应或气相湍流火焰，其中涉及火焰点燃、缓慢形成污染物、火焰淬火和熄灭等动能现象。
聚合过程涉及各种化学反应，在此期间单体分子相结合以形成聚合物链。这些过程要求使用 Simcenter STAR-CCM+ 中的反应组分传输物理模型。
复杂化学模型要求使用气相或液相化学机制，这些机制通常包含数十或数百个组分，涉及数百或数千个反应。由于不同的组分以不同的速率演变（动力学称为“刚性”），因此对反应时间步进行积分需要大量的计算。
使用复杂化学模型时，逼近法选项节点可用。
通过复杂化学 > 化学加速节点，可以使用原位自适应制表 (ISAT)、聚类或动态机理简化来加速复杂化学计算。
复杂化学模型使用 CVODE ODE 求解器。
可以指定固定加速度因子，也可以让 Simcenter STAR-CCM+ 自动设置。
湍流-化学相互作用需要额外的建模以及 RANS 或 LES 建模，以便求解薄体反应区中的化学反应。
湍流火焰速度封闭（复杂化学）模型是湍流-化学相互作用模型，可与复杂化学模型搭配使用。
涡破碎 (EBU) 燃烧模型对计算网格上的平均组分浓度的单个传输方程进行求解。
Simcenter STAR-CCM+ 11.04 版中的预混涡破碎模型的行为如同部分预混版本。 可以按照本节所述恢复预混模型设置。
使用此物理模型，可以对多组分液体的湍流分子尺度混合和反应进行建模，其中以粘性对流和粘性扩散过程为主。
预混火焰前缘的传播速度取决于热量和组分漫射到火焰中的速率以及随后的化学反应率。要使用指定的扩散模型和化学反应模型捕捉正确的传播速度，必须对内部火焰结构进行求解。
聚合是通过以化学方式结合大量小单体分子来创建长链分子的过程。此过程将首先混合溶剂中的单体和引发剂分子。
小火焰模型通过结合使用简单的 0D 或 1D 几何与详细化学机制预先计算气相层流火焰中的化学反应，避免复杂化学计算的计算开销。使用一组精简的变量参数化和表格化这些简单火焰中的组分，然后在 Simcenter STAR-CCM+ 中将这些组分插值到 3D 湍流火焰模拟。
排放是不需要的污染组分，属于反应副产物。Simcenter STAR-CCM+ 中提供了两个选项用于污染组分建模。使用复杂化学模型时，可以将污染组分包含在化学机制中。对于所有其他模型，特别是小火焰模型和涡破碎 (EBU) 模型，将分别求解污染组分的传输方程。
有许多应用涉及到传输反应颗粒，如煅烧和焦炭氧化。可以使用拉格朗日多相流模型、多相流模型或液膜模型来模拟相间反应的过程。
可以使用一个欧拉相中的小火焰或反应组分输运燃烧模型模拟在该相内发生的反应。
表面化学模型用于表示多孔区域中的交界面、边界或表面上的表面反应机理。可使用此模型模拟整体式催化剂、化学气相沉积 (CVD) 和填充层反应器等应用。
通过反应通道耦合特征，可在三维 Simcenter STAR-CCM+ 模拟与一维塞流反应器 (PFR) 模拟（使用 CVODE 求解器）之间交换数据。可以使用 Simcenter STAR-CCM+ 中的反应通道协同仿真模型，对具有长而薄通道的管状热交换器中的反应流体模拟进行求解。
通过使用经济燃烧模型（如小火焰模型或涡破碎 (EBU) 模型）进行模拟，然后将网格单元聚集到指定反应器数并对此反应器网络上的详细化学进行求解，可以降低求解稳态燃烧室计算域中每个网格单元复杂化学的计算成本。
本节包含一系列简短说明，介绍如何执行几个详细反应流体工作流通用的某些操作。
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。
