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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。
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。
气动声学计算准则
本节提供了在以下应用中执行气动声学分析的准则。
天窗冲击
车辆低速行驶时，当来自车辆前部的剪切层越过打开的天窗，并且在车内产生周期压力波动时，会出现流共振。

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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.
- 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。
  - 准备 CAD 模型以供导入的准则
    将几何文件导入 Simcenter STAR-CCM+ 时，会为每个已命名面创建单独的部件表面。可以在大多数 CAD 软件包中对面进行命名。
  - 流体流和能量准则
    可以将下列准则应用于一系列涉及流体流和能量的模拟。
  - 空气动力学计算准则
  - 气动声学计算准则
    本节提供了在以下应用中执行气动声学分析的准则。
    - 汽车空气动力学
      高速行驶时，气动噪声主导发动机、排气和轮胎发出的噪声。
    - 天窗冲击
      车辆低速行驶时，当来自车辆前部的剪切层越过打开的天窗，并且在车内产生周期压力波动时，会出现流共振。
    - 径向压缩机
      压缩机通常对发动机的进气侧开放。所产生的噪声在发动机外部可听见。压缩机噪声可能与叶片划过、叶片失速和其他动力流机制关联。
    - 轴向风扇
      轴向风扇通常用于冷却和通风，放置在高度可听的位置。
    - 选择气动声学 DES、LES 或 URANS
      如果边界层结构不直接影响气动声学，则使用有界中心差分的 DES 和 LES 在压力光谱方面性能类似。
    - 网格问题
    - 自由流边界条件问题
      仅可用于理想气体公式的自由流边界对于边界的一维干扰事件（即正常）处于非反射状态。
    - 液体介质声学
      在 Simcenter STAR-CCM+ 中，水力声学分析是气动声学分析的扩展。
    - 声压和压力扰动后处理
    - 将数据导出至 Simcenter 3D Acoustics
      使用 Simcenter STAR-CCM+ 可以将网格与求解数据导出至 Simcenter 3D Acoustics，以进行声振模拟。
    - 将数据导出至 wave6
      Simcenter STAR-CCM+ 支持导出几何、网格和求解数据以导入 wave6，后者是噪声和振动仿真的频域工具。wave6 可在整个可听频率范围内对结构、流体、泡沫和纤维中的波传播进行建模。
  - 流体-结构相互作用建模准则
    本节介绍流体结构相互作用 (FSI) 案例的各种方法和注意事项，以及在 Simcenter STAR-CCM+ 中如何处理 FSI 案例。
  - 电子设备系统中的空气流模拟准则
    本节介绍电子设备系统中的加热和气流模拟准则。
  - 从其他程序迁移的准则
- 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。

天窗冲击

车辆低速行驶时，当来自车辆前部的剪切层越过打开的天窗，并且在车内产生周期压力波动时，会出现流共振。

此现象称为天窗冲击，可以对其进行建模：

推荐的过程
推荐的网格设置
推荐的时间步
推荐的求解器设置

推荐的过程

推荐的过程为：

通过执行 FRET（Frequency REsponse Test，频率响应测试）评估建模舱室体积的共振：
1. 在没有流使用初始条件和场函数的情况下，将压力干扰应用于天窗开口。
2. 使用与流案例相同的设置运行可压缩求解器，以在空穴中设置可压缩驻波。
3. 执行内部压力-时间信号的 FFT，以确定空穴共振频率。
由于各种原因（即，面板阻抗、泄漏或表面衰减），实际车辆空穴的共振（来自实验）可能与 FRET 有所不同。根据实验 CFD 频率的比率，使用人工压缩因子 $ϕ$ 修改建模空穴的响应，如下所示：
$a^{'} = ϕ a_{0}$
(380)
${T^{'}}_{i n} = ϕ^{2} T_{i n}$
(381)
${p^{'}}_{r e f} = ϕ^{2} p_{r e f}$
(382)

其中：

$a_{0}$ 为流体中的声速。
$T_{i n}$ 为入口温度。
$p_{r e f}$ 为参考压力。

声速

a_{0}

进行比例缩放，使计算的频率与实验设置中的主要频率匹配。同时，如流体密度、速度和雷诺数等流体动力特性保持不变。

推荐的网格设置

根据以下条件选择网格单元尺寸

Δ_{s h e a r - l a y e r}

：


条件	注释/描述	公式	典型值
剪切层	剪切层振荡的开口全长和高度。		$Δ_{s h e a r - l a y e r}$ = 4 mm

推荐的时间步

根据条件，选择时间步长

Δ t

：


条件	注释/描述	公式	典型值
冲击频率 $F_{B}$	剪切层在开口上振荡。冲击频率 $F_{B}$ 与自由流速度 $U_{\infty}$ 成正比，并且处于范围 20-30 Hz 内。请参见 [76]。	$F_{B} = \frac{U_{\infty}}{3 L} (N - \frac{1}{4})$ 其中： $N$ = 振荡模式 $L$ = 天窗开口长度	$Δ t_{F}$ = 1.0E-4 s。

推荐的求解器设置

推荐的求解器设置如下：


	速度 URF	压力 URF	每个时间步的迭代次数
默认	0.8	0.2	5
常规 $Δ t$ = 1.0E-4 s。 $Δ_{m i n}$ = 1-4 mm。	0.7	0.5	5-10
主动 $Δ t$ = 1.0E-4 s。 $Δ_{m i n}$ = 1-4 mm。	0.9	0.7	5