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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。
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.
使用标准函数预测缺陷
标准函数是后处理项目，可帮助预测铸造缺陷（如宏观孔隙率或微观孔隙率）并估计相关微观结构物理量（如一次枝晶间距和二次枝晶间距）。
标准函数定义
一次枝晶间距
一次枝晶间距（也称为 PDAS 或 DAS）标量是枝轴之间的距离。仅针对液相线温度计算此物理量。

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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。
- 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.
  - Selecting the Physics Models for the Melt
    You select the multiphase models, a laminar flow regime, and the casting model.
  - 选择模具的物理模型
    模具为固体材料。要研究模具中的热传递，需激活固体中能量方程的求解。（可选）可以考虑辐射。
  - 选择纯热模型
    纯热模拟仅模拟熔体的凝固过程。流体方程的求解将会停用，只有能量方程的求解才会激活。此模拟类型可用于分析与温度相关且无任何流体的固化熔体行为。
  - 选择可变密度补偿模型
    可以为任何具有非恒定固体密度的固体区域使用可变密度补偿模型。可变密度补偿模型将应用校正能量源项。校正能量源是一个源项，补偿因具有温度相关密度的固化零部件收缩而导致能量传输方程中的系统质量变化。
  - Working With the Casting Material Database
    The accuracy of a casting simulation depends on the quality and completeness of the material data that you use. Therefore, a database that contains certified and qualified property data for casting is essential for high quality casting simulations.
  - Importing Casting Materials and Properties in Simcenter STAR-CCM+ From an External File
    You can import casting materials and properties into the Simcenter STAR-CCM+ Material Database. You can then use the materials in a physics continuum, and use the material properties as boundary values.
  - 检测收缩相关缺陷
    可使用宏观孔隙率模型检测铸件中的收缩相关缺陷。如果在铸件的凝固过程中出现孤立的融液区域，则无法提供额外的熔体来补偿收缩，孔隙随即形成。
  - 使用标准函数预测缺陷
    标准函数是后处理项目，可帮助预测铸造缺陷（如宏观孔隙率或微观孔隙率）并估计相关微观结构物理量（如一次枝晶间距和二次枝晶间距）。
    - 设置标准函数
      可选择所需的特定标准函数作为相间相互作用模型。
    - 标准函数定义
      - 液体停留时间
        流体以温度高于固相线温度的液态形式进入计算域。液体停留时间是流体进入计算域的时刻与温度低于固相线温度的时刻之间的时间差。
      - 凝固时间
        凝固时间是指将 VOF 相从液相线温度冷却到固相线温度所需的时间。
      - 局部凝固时间
        对于所有低于液相线温度的指定标准温度，收集标量局部凝固时间。局部凝固时间是当温度低于相应标准温度时网格单元中凝固时间被动标量的值。
      - 冷却率
        标量“冷却率”是温度的时间导数。将为所有指定的标准温度计算冷却率。
      - 等温速度
        标量等温速度指相应标准温度下等温传播的近似速度。
      - 温度梯度
        温度梯度矢量 $Δ T |_{T_{c r i t}}$ 为温度的空间导数。将为所有指定的标准温度计算此值。
      - 平均冷却率
        标量平均冷却率是整个凝固过程的平均冷却率。
      - 凝固速度
        凝固速度矢量近似于凝固前沿的速度。将针对所有指定的标准温度计算此物理量。
      - G/v
        标量 G/v 是温度梯度 $G$ 与凝固速度 $v$ 之比，它是衡量生成的微观结构的重要度量值。
      - Niyama 标准
        标量 Niyama 标准可根据收缩率和进给距离之间的比率估计孔隙率概率。
      - 无量纲 Niyama 标准
        可使用无量纲 Niyama 标准直接预测金属合金铸件凝固过程的收缩孔隙量。
      - 一次枝晶间距
        一次枝晶间距（也称为 PDAS 或 DAS）标量是枝轴之间的距离。仅针对液相线温度计算此物理量。
      - 二次枝晶间距 (LST)
        二次枝晶间距 (LST)（也称为 SDAS-LST）标量是枝晶之间的距离。将针对所有指定的标准温度计算此物理量。
      - 二次枝晶间距 (CR)
        二次枝晶间距 (CR)（也称为 SDAS-CR）标量是枝晶之间的距离。将针对所有指定的标准温度计算此物理量。
    - 标准函数属性
      可指定计算标准函数时使用的固相线和液相线温度之间的临界温度。
  - 人工压缩
    对于铸造模拟，通常将气相视为可压缩气体，并应用理想气体定律。熔体是具有恒密度的液体。因此，多相混合物在整个计算域中不可压缩。这种不均匀性会导致各区域具有有限声速和无限声速，从而导致数值不稳定和收敛问题。
  - 铸造场函数
    以下原始场函数可用于铸造模拟。
  - 铸造参考书目
- 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。

一次枝晶间距

一次枝晶间距（也称为 PDAS 或 DAS）标量是枝轴之间的距离。仅针对液相线温度计算此物理量。

可以根据温度梯度和凝固速度计算一次枝晶间距。此计算使用材料属性一次枝晶间距系数 $K_{1}$ 以及场函数属性凝固速度指数 $a$ 和温度梯度指数 $b$ 。

图 1. EQUATION_DISPLAY

λ_{1} = K_{1} {(| v_{s} |_{T_{liquidus}} |)}^{a} {(| \nabla T |_{T_{liquidus}} |)}^{b}

(375)

由于这两个指数都衍生自理论，因此它们都是场函数属性，而非材料属性。相比之下，用于计算二次枝晶间距 (LST) 的指数为材料属性。

一次枝晶间距用于估计柱状凝固的局部机械属性。一次枝晶间距越精细，机械属性越高。

一次枝晶间距属性


系数	Eqn. (375) 中的 $K_{1}$ 。
凝固速度指数	Eqn. (375) 中的 $a$ 。
温度梯度指数	Eqn. (375) 中的 $b$ 。