数据映射器使用示例

本节列举了两个可以使用数据映射进行显式耦合的多物理应用。

  • Simcenter STAR-CCM+ 内的显式耦合（共轭热传递）-- 固体热分析与流体流热分析的耦合（例如，分析发动机罩）。 流体区域中的 CFD 可以在 Simcenter STAR-CCM+ 中求解，而固态区域则在 Simcenter STAR-CCM+ 或外部 CAE 软件包中分析。
  • Simcenter STAR-CCM+ 与 Abaqus 之间的显式耦合（流体结构相互作用）-- 固体应力分析与流体中的 CFD 耦合（例如，分析 F1 机翼周围的流体）。 在这种情况下，Simcenter STAR-CCM+ 对 CFD 进行求解，而结构分析则使用 Simcenter STAR-CCM+ 或外部 CAE 软件包完成。

STAR-CCM+ 中的显式耦合

对于共轭热传递 (CHT) 应用，其中的固态区域和流体区域均在 Simcenter STAR-CCM+ 中创建并网格化。 无需像过去处理隐式耦合一样创建交界面，现在可以按如下所示分别对固态区域和流体区域求解：
  1. 通过选择所有相应的模型设置物理连续体，可对流体中的流和能量以及固体中的热传递求解。

    其目的是分别对固体和流体求解，但通过交换公共边界中的边界数据来耦合固体和流体。

  2. 使用工具 > 数据映射器节点创建两个表面数据映射器，一个用于从固体映射到流体 (S2F)，另一个用于从流体映射到固体 (F2S)。
    在 CHT 应用中，要交换的数据包括：
    • 从流体到固体的局部热传递系数和局部热传递参考温度
    • 从固体到流体的表面温度
  3. 对于 S2F 映射器，选择固体边界作为源表面并选择流体边界作为目标表面，然后为源和目标选择面模板。 此外，选择温度作为标量场进行映射。
  4. 对于 F2S 映射器，选择流体边界作为源并选择固体边界作为目标，然后再次执行面至面映射。 在这种情况下，标量场是 htc 和 Tref。

    映射器现已设置为映射数据。

  5. 一旦映射，即可创建映射场函数。
  6. 使用这些映射场函数作为边界条件：
    • 对于固体边界，选择对流作为热指定，并选择场函数作为应用热传递系数和环境温度的方法。 然后，选择 MappedLocalHeatTransferCoefficient(映射局部热传递系数) 和 MappedLocalHeatTransferReferenceTemperature(映射局部热传递参考温度) 作为相应的场函数。
    • 对于流体边界，选择使用场函数方法应用狄利克雷边界条件。 在这种情况下，选择 MappedTemperature(映射温度) 作为应用的场函数。

    当求解器进行迭代时，这些场将作为边界条件应用。

    在执行映射操作之前，可以创建 Java 宏来获取适当的步数。 执行映射操作以更新映射场函数。 可以根据问题的性质确定耦合频率。

STAR-CCM+ 和 Abaqus 的显式耦合

考虑 FSI 分析，其中固态区域在 Abaqus 中建模，而流体区域在 Simcenter STAR-CCM+ 中建模。 流体模型照常在 Simcenter STAR-CCM+ 中创建并网格化。 固体模型在 Abaqus 中创建。
  1. 设置流体物理连续体并指定相应的求解器属性。 此外，根据 FSI 分析的需要，将变形设置为考虑固体位移。
  2. 设置 Abaqus 模型后，根据初始节点位移创建 .inp 文件以及数据库文件 (.odb)。
  3. 将 Abaqus .inp 文件导入模拟。
  4. 标识交界表面对。
  5. 使用工具 > 数据映射器节点创建两个表面数据映射器，一个用于从固体映射到流体 (S2F)，另一个用于从流体映射到固体 (F2S)。
  6. 对于 FSI，交换的数据如下：
    • 从流体到固体的压力和壁面剪切应力
    • 从固体到流体的表面位移
  7. 对于 S2F 映射器，选择 Abaqus 表面作为源表面并选择流体边界作为目标表面，然后选择节点源模板和面目标模板。 此外，选择 Incremental Surface Displacement(增量表面位移) 作为映射矢量场（从 Abaqus 导入节点位移时，将创建该场）。
  8. 对于 F2S 映射器，选择流体边界作为源并选择固体边界作为目标，然后为源和目标选择面模板。 选择压力作为标量场，并选择壁面剪切应力作为矢量场进行映射。

    映射器现已设置为映射数据。

  9. 使用 S2F 映射器进行映射，以创建映射场函数。
  10. 使用这些映射场函数作为边界条件：
    • 对于流体边界，选择位移作为变形指定。 将使用映射场函数 MappedIncrementalSurfaceDisplacement(映射增量表面位移) 应用位移。
    • 对于 Abaqus 导入的表面，MappedPressure(映射压力) 和 MappedWallShearStress(映射壁面剪切应力) 将导出至单独的 .inp 文件并作为负载应用到 Abaqus 模型。 有关使用 Abaqus 的详细信息已超出本节范围。
  11. 可以创建 Java 宏，根据问题的性质控制耦合频率。 但每次耦合时，需执行以下步骤：
    • 从 Abaqus 导入新位移数据。
    • 将数据映射到 Simcenter STAR-CCM+ 边界。
    • 将数据从流体边界映射到导入的表面。
    • 将映射数据导出为 .inp 文件。
    • 在 Abaqus 模型上应用负载。