定义流线

流线零部件表示根据矢量场计算得出的颗粒路径。Simcenter STAR-CCM+ 提供了两种类型的流线零部件:流线和约束流线。约束流线是约束到位于表面中的颗粒路径,可用于模拟油纹等效应。

尽管从物理角度来说,使用速度场构建流线零部件通常最有意义,但可以根据任何矢量场计算流线零部件。可以使用包含区域的输入零部件或定义体积的其他零部件(例如,阈值零部件)创建标准流线。约束流线需要边界或截面等表面输入零部件。约束流线由相关表面附近的速度场积分生成。通过减去局部速度与表面法向的点积可修改此速度场,且结果会投影到表面上。

流线包括种子对象,用于定义颗粒种子点。有三种类型的种子:

  • 零部件种子,此类种子从现有零部件获取其点
  • 线种子,此类种子从线获取其点
  • 点种子,此类种子允许使用给定半径定义单个点或点云

流线使用龙格-库塔积分(可通过对象树中的 RK 节点访问)计算得出,并且可以向前和向后积分。积分由以下属性控制:

  • 最大传播 — 指定流线的最大弧长度,以 Simcenter STAR-CCM+ 内部 SI 单位定义。流线计算从初始位置 p0 开始。下一个位置 p1 是沿位于 p0 的方向矢量的微小增量。后续位置以类似的方式计算。在与矢量场相切的方向上步进时,这些位置之间的距离将会累积。此累积距离表示流线的弧长度,是 Simcenter STAR-CCM+ 与“最大传播”值进行比较的物理量。
  • 最大步数 — 指定要在积分中执行的最大步数。

满足以下任一条件时,流线将终止。流线也有可能会因退出域或进入滞止区域而终止。积分质量由初始积分步长属性(即:积分使用的步长)控制。如果所选步长远远小于平均网格单元长度,则生成的流线包含的点可能会超过预期。相反,如果步长太大,可能会在积分期间跳过网格单元,从而导致流线质量下降。

在以下屏幕截图中,颗粒从线种子释放,且使用了线工具帮助定位线端点。

要创建流线:

  1. 按照定义衍生零部件的常规工作流一节中所述的常规过程进行操作:
    • 要创建标准流线,选择菜单选项新零部件 > 流线...
    • 要创建约束流线,选择菜单选项新零部件 > 约束流线...
  2. 按照定义衍生零部件的常规工作流一节中所述指定输入零部件和显示选项。对于约束流线,输入零部件必须是表面。
    可以选择固定衍生零部件的位置时所沿的零部件(此操作实质上是对齐至零部件的边界框)。要使选择器在原位对话框中可用,激活对齐至零部件选项,然后单击字段右侧的省略号按钮。
  3. 通过指定以下属性,完成流线的定义:
    • 矢量场 — 在属性窗口或原位对话框中,设置矢量场。可用矢量场函数的列表取决于选定的物理模型。
    • 种子模式 — 选择种子的类型并设置其属性。可用选项为“零部件种子”、“点种子”和“线种子”。有关详细信息,请参见流线和约束流线属性

      可以在原位对话框或属性窗口中指定种子类型。对于线种子和点种子,通过在值后面键入单位,可以更改单位。坐标相对于基准(笛卡尔)坐标系,无法更改。

      使用零部件种子时,可以使用原位对话框指定零部件 U 向分辨率零部件 V 向分辨率。这些属性可用于指定在 u 和 v 方向上从零部件抽取的最大点数。对于要使用的种子源,u 和 v 方向是基于指定零部件计算平均平面的一部分。

      u 方向是此平面中的矢量,与全局笛卡尔 x 轴最接近。如果平均平面是 x-y 平面(垂直于 z 轴),则 u 与全局 x 完全对应。如果平均平面与 x-y 倾斜,则 u 轴指向全局 x 轴。y 轴是计算得出的 x 轴与法向的叉积。对于 x-y 平面,此 y 轴完全在 y 方向上。

      计算种子源的平均平面之后,根据种子源在平均平面上的投影确定平面尺寸。计算合适的 u 和 v 方向,然后将平面分为沿 u 和 v 方向上的指定点数。然后,将这些点投影回边界并用作零部件的种子点。

      此功能仅用于平面或适度的平面边界。因此,如果使用弯曲表面,Simcenter STAR-CCM+ 会尝试将其投影到平均平面,但精度有限。精度会随投影表面中的曲率而降低。
    • 积分求解器 — 选择龙格-库塔积分求解器,并在属性窗口中设置积分属性。有关可用选项和属性的列表,请参考流线和约束流线属性一节。
    还可以通过以下步骤在弧或圆上创建流线:
    • 创建圆柱体截面。请参见定义圆柱体截面
    • 创建要与圆柱体截面相交的平面截面(通过选择圆柱体截面作为输入零部件)。根据这两个截面相交的角,生成的平面截面为圆、椭圆或弧。
    • 创建流线,将种子类型设为零部件,并选择平面截面作为种子零部件。