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物理模拟
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。
粘性流
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。
粘性流参考
本节介绍特定于粘性流的物理模型。
表面张力模型
表面张力模型可用于模拟自由流体表面上的表面张力，包括开放流体表面（如局部填充）和两个流体之间的表面（如共拉伸）。

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物理模拟
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。
- 定义物理工作流
  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。
- 设置物理
  本节介绍如何在 STAR-CCM+ 中设置物理模型。
- 运行物理模拟
  文档的此部分介绍运行 Simcenter STAR-CCM+ 模拟的准备和步骤。
- 运动
  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。
- 空间
  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。
- 时间
  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。
- 网格运动和自适应
  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
  材料模型对物质（包括各种混合物）进行模拟。
- 流体流
  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
  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。
  - 流变建模
    流变可区分有和没有“记忆”的材料。
  - 设置粘性流体流
    用于设置不同本构模型的粘性流模拟的工作流程是相似的。要为具有高粘度或可变粘度（具体取决于剪切速率）的非牛顿流体建模而不产生任何弹性效应，选择广义牛顿模型。如果流体呈现与时间相关的剪切稀化行为，则选择触变性模型。如果流体呈现法向应力或内存效应，则使用粘弹性模型。流体中的高剪切速率会导致温度上升 — 粘性加热。考虑到此效应，Simcenter STAR-CCM+ 提供 Viscous Energy Model(粘性能量模型)。
  - 设置粘性多相流
    可以使用粘性多相模型来模拟拉伸或协同拉伸应用场景。
  - 拉伸和自由表面流
    可以使用自由表面模型来模拟聚合物熔体的拉伸过程，以及涉及广义牛顿和粘弹性流体的自由表面流的其他过程。自由流边界表示拉伸部分的外表面，内部交界面则表示接触的拉伸部分之间的边界。由于其形状在模拟开始时未知，因此自由表面将作为求解的一部分进行计算。通常，应将这些模拟设置为稳态模拟。也可以使用时间相关的模拟。在这种情况下，自由表面位置将以材料速度传播。
  - 设置拉伸和自由表面流
    对模拟中的每个拉伸连续体使用以下步骤。此工作流程适用于预定义了拉伸长度的稳态拉伸模拟。
  - 设置液膜铸造模拟
    对于拉伸到自由空间的粘弹性流体的一层或多层薄膜，液膜铸造建模为具有二维网格的自由表面流。
  - 设置压缩铸模模拟
    压缩铸模是使用聚合物、塑料或复合部件的常见生产流程。首次加料可包含短纤维或长纤维，以生产短纤维钢筋复合材料或片体铸模复合材料 (SMC)。压缩铸模采用局部填充和自由表面模型建模。模拟从将聚合物的首次加料放置在开放的加热空穴中开始。然后，关闭并压缩空穴以强制材料填充空穴。
  - 粘性流参考
    本节介绍特定于粘性流的物理模型。
    - 粘性流模型参考
      粘性流模型是所有粘性流模拟的前提条件。
    - 流变模型参考
      可用于粘性流的流变模型包括广义牛顿模型、粘弹性以及触变性模型。
    - 自由表面模型参考
      使用自由表面模型，可以模拟粘性液体表面上的移动和形状变化。单相流和多相流均支持此模型。
    - 局部填充模型
      可使用局部填充模型来模拟粘性流在其未完全填充的区域内的运动。这有助于模拟注塑、搅拌和混合。
    - 表面张力模型
      表面张力模型可用于模拟自由流体表面上的表面张力，包括开放流体表面（如局部填充）和两个流体之间的表面（如共拉伸）。
    - 粘性能量模型
      粘性能量模型对由于剪切应力促使粘性流体膨胀的能量进行模拟。
    - 粘性辐射模型参考
      粘性辐射模型可支持壁面和自由流边界处考虑辐射通量的热边界条件。
    - 液膜铸造模型
      液膜铸造模型可模拟拉伸到自由空间的粘弹性流体薄膜。它可用于单层和多层液膜铸造。
    - 材料校准模型参考
      此模型采用实验流变数据输入表，对数据执行材料校准曲线拟合，并基于数据推导出的曲线填充广义牛顿模型、粘弹性流模型或化学流变学模型的模型参数。
    - 短纤维方向模型参考
      短纤维方向模型描述了悬浮在粘性流体中的短纤维流属性，包括它们根据流体流的平均方向的更改。单相流和多相流均支持此模型。
    - 纤维-流体相互作用模型
      此模型可模拟粘性流体和悬浮在其中的短纤维之间的双向耦合。除了流体改变纤维方向之外，与纤维相互作用还会改变流场变量。
    - 化学流变学模型参考
      化学流变学模型模拟因基础固化过程而更改其流变属性的流体行为。单相流和多相流均支持此模型。
    - 粘性多相模型参考
      粘性多相模型可以在单个连续体中模拟多个不同的不溶混粘性相。
    - 保守水平集模型参考
      水平集方法 [reflink] 是使用标量场来跟踪流体间交界面的交界面捕捉技法。该方法将相指示函数 $φ_{i} (x, t)$ 分配给系统中的每个流体，表示第 $i$ 个相在点 $x$ 和时间 $t$ 上占据的域。该方法在概念上类似于示踪剂染料或被动标量函数。保守水平集可保留交界面间的流体体积。
  - 网格要求和准则
    由于粘性流求解器使用有限元 (FE) 方法，因此体网格必须符合某些要求。
  - 扩展 Pom-Pom 模型 (XPP) 准则
    扩展 Pom-Pom (XPP) 模型适用于具有明显剪切流和扩展的支化聚合物 (Pom-Pom) 的复杂流。要增强使用 XPP 模型的模拟的收敛，建议执行以下操作：
  - 粘性流场函数参考
    激活粘性流模型后，可以使用下列原始场函数。每个条目中说明了所需的模型。
- 被动标量
  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
  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。
- 组分
  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。
- 多孔介质
  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
  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。
- 风扇和风机
  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
  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。
- 湍流
  工程中关注的大多数流体流都具有不规则的波动流量。
- Transition
  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
  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
  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
  气动声学研究声音的空气动力生成过程。
- 反应流体
  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。
- 内燃机
  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。
- 多相流体
  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。
- 动态流体相互作用
  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。
- 谐波平衡
  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。
- 固体应力
  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。
- 电磁
  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
  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。
- Electric Circuits
  Electrical circuits are conducting loops of interconnected electrical components, such as batteries, power sources, resistors, and inductors.
- 等离子体
  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。
- 电池
  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
  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.
- 区域源
  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。
- 单元质量校正
  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。
- Simcenter STAR-CCM+ 应用准则
  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。
- 通用求解器参考
  在 Simcenter STAR-CCM+ 中，求解器在模拟运行期间计算求解。

表面张力模型

表面张力模型可用于模拟自由流体表面上的表面张力，包括开放流体表面（如局部填充）和两个流体之间的表面（如共拉伸）。


理论	自由表面上的表面张力
提供方式	[物理连续体] > 模型 > 可选模型
节点路径示例	连续体 > 物理 > 模型 > 表面张力
要求	时间：稳态或隐式非稳态材料：液体流体: 粘性流流变：粘弹性或广义牛顿可选模型：局部填充或自由表面
激活	交界面输入	交界面张力。请参见交界面设置。
	材料属性	`表面张力`。请参见材料属性。

材料属性

表面张力

指定液体的表面张力。当选择表面张力模型时，表面张力节点将在液体 > [液体] > 材料属性下引入。

方法	对应方法节点
常数	常数用于将表面张力设为常数，以 N/m 为单位。默认值为零。
热毛细管 Marangoni 仅当选择了粘性能量和自由表面模型时才可用。与局部填充模型不兼容。	热毛细管 Marangoni 表面张力 $σ$ 取决于以下公式给出的温度图 1. EQUATION_DISPLAY $σ = σ_{0} {(1 - \frac{T}{T_{ref}})}^{n}$ (193) 其中： $σ_{0}$ 为材料的参考表面张力。 $T$ 为温度。 $T_{ref}$ 为参考温度，通常设定为临界温度 $T_{c}$ ，液体的表面张力在此温度下为零。 $n$ 为经验常数。

交界面设置

交界面张力

指定两个流体之间的表面张力，如在共拉伸应用中。当两个区域之间的交界面的任一侧上存在两个不同流体时，在交界面 > [交界面] > 物理值下可用。对于这两个流体，必须在每个物理连续体中激活表面张力和自由表面模型，并将交界面边界处的自由表面变形指定方法设为位移。

方法

常数

将交界面张力设为常数。

Good Girifalco Fowkes

根据形成交界面的流体的各个表面张力，确定整个交界面的表面张力。计算流体 1 和流体 2 之间的交界面张力

σ_{1, 2}

，如下所示：

图 2. EQUATION_DISPLAY

σ_{1, 2} = σ_{1} + σ_{2} - 2 Φ \sqrt{σ_{1} σ_{2}}

(194)

其中：

$σ_{1}$ 和 $σ_{2}$ 为流体 1 和 2 上的表面张力。
$Φ$ 为交界面张力参数。

交界面相互作用参数

ϕ

，在 Eqn. (194) 中，范围介于 0.55 到 1.15 之间。默认值为 1.0。