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。
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。
Simcenter STAR-CCM+ 可用于模拟各种不同的流体流，如内部或外部、稳态或非稳态以及可压缩或不可压缩流。
运行流体流模拟时，适当控制应用于输运方程的数值解过程，这对于可接受的计算效率和实现收敛都是非常重要的。建议的求解器设置随选定的特定算法和应用环境变化。
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。
流体问题可分为四个基于克努森数的常规流态。
状态方程为本构关系，用于描述密度和内能与两个热力学基本变量压力和温度之间的关系。
Simcenter STAR-CCM+ 可模拟各种压力量，具体取决于模型选择。
Simcenter STAR-CCM+ 可以考虑重力加速度对物理连续体中材料的作用。
充分发展流出现在较长的管或管排中。对于无热传递或传输标量的简单流，可将压力之外的所有流体变量视为周期性变量。
Simcenter STAR-CCM+ 可模拟跨多种流态和不同流体类型的内部和外部流体流。它用于对常规不可压缩和可压缩流体流的质量和动量守恒方程进行求解。
准备流体流模拟的第一步是定义流体域的几何。在 Simcenter STAR-CCM+ 中，可以在 3D-CAD 中创建流体域的几何，或者从第三方工具导入几何。
体网格的构造直接影响 Simcenter STAR-CCM+ 模拟流体流的准确程度。它影响最终求解的收敛速率和精度。
Simcenter STAR-CCM+ 包含各种用于模拟流体流的物理模型和方法。
模拟的材料负责管理与该材料和与连续体中正在建模的物理过程相关的各种热力学和传输属性。
流体模拟需要指定参考压力和压力参考位置。此外，对于浮力流，必须指定重力矢量和参考高度。
初始条件在模拟开始之前将值分配给所有网格单元的形心处的非独立变量。对于流体流模拟，非独立变量为速度和压力。
边界条件是约束的集合，用于定义分配给计算域周长周围的流量的值。边界条件的类型包括流入、流出、自由流、壁面和对称。对称条件用于减小模拟的空间范围。
在流体模拟中，可以应用动量和质量的源和汇。动量源用于对风扇进行建模或添加比体积力。利用质量源，可将额外的质量添加至流体域，例如用于对质量喷射进行建模。
通过在运行流体模拟之前准备分析（后处理）对象，可以在运行过程中跟踪模拟进度。如果要存储瞬态求解数据，则提前规划对非稳态模拟特别重要。
在这里，可以设置分离法的模型和求解器参数
在这里，可以设置耦合法的模型和求解器参数。借助耦合法，可使用伪时间推进方法求解守恒方程组。
现在，流体模拟已设置完毕并准备好运行。要控制流体模拟运行的时间长短以及它停止迭代或适时推进的条件，可指定停止条件。
运行完成后，需要分析流体模拟的求解。
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。
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。
