【Star-CCM+中文教程】01-三通管冷熱流體仿真案例
作者 | Tsinglin
文章來源 | CFD學(xué)習(xí)與應(yīng)用
? 熟悉Star-CCM+基本操作流程
? 熟悉幾何建模基本操作
? 熟悉網(wǎng)格劃分基本操作
? 熟悉可視化求解設(shè)置基本操作
? 熟悉后期處理結(jié)果基本操作
案例采用Fluent教程經(jīng)典模型冷熱水混合三通管模型，如下圖所示。
? 啟動STAR-CCM+，點(diǎn)擊菜單【文件】【新建】或直接點(diǎn)擊如下圖所示快捷鍵，彈出設(shè)置對話框，如下圖所示保持默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊【確定】按鈕新建仿真
? 右鍵單擊【幾何】→【3D-CAD】模型節(jié)點(diǎn)，選擇新建，進(jìn)入3D-CAD環(huán)境
? 右鍵單擊【特征】→【XY】平面節(jié)點(diǎn)，選擇創(chuàng)建草圖
? 在【顯示選項(xiàng)】面板中單擊如下圖圖標(biāo)，設(shè)置格柵大小，格柵間距為20mm，精細(xì)網(wǎng)格分隔數(shù)為4
? 在【創(chuàng)建草圖實(shí)體】面板中單擊如下圖圖標(biāo)，繪制直線
? 鼠標(biāo)單擊原點(diǎn)，如圖所示，依次單擊鼠標(biāo)左鍵，繪制如下矩形。終止直線繪制通過按鍵盤【Esc】
? 鼠標(biāo)選中原點(diǎn)位置的點(diǎn)，右擊選擇【應(yīng)用固定約束】，防止后續(xù)設(shè)置長度時，圖形跑偏。
? 鼠標(biāo)單擊第一段直線，右擊選擇【應(yīng)用長度尺寸】，彈出下圖對話框，輸入目標(biāo)尺寸長度350mm
? 最終草圖如下所示
? 單擊左側(cè)面板中的【確定】按鈕，退出草繪窗口
? 鼠標(biāo)右擊【Sket..】選擇【旋轉(zhuǎn)】，彈出旋轉(zhuǎn)設(shè)置面板
? 在旋轉(zhuǎn)設(shè)置面板中，將【角】選項(xiàng)改為360度，使其旋轉(zhuǎn)一整周，單擊【確定】
? 鼠標(biāo)右擊【ZX】平面，選擇【參考幾何】【通過變換…】
? 設(shè)置【z】方向距離為300mm，生成一個【Plane1】節(jié)點(diǎn)
? 鼠標(biāo)右擊【Plane1】選擇【創(chuàng)建草圖】
? 在【顯示選項(xiàng)】中鼠標(biāo)單擊如下圖標(biāo)，正視草繪平面
? 在【創(chuàng)建草圖實(shí)體】中鼠標(biāo)單擊如下圖標(biāo)，激活圓繪制功能
? 鼠標(biāo)單擊坐標(biāo)原點(diǎn)位置，生成一個圓，選中圓曲線右擊，選擇【應(yīng)用半徑尺寸】，在彈出尺寸設(shè)置對話框中輸入圓半徑25mm
? 退出草繪窗口，右擊【Sketch2】選擇【拉伸】
? 在【拉伸】面板中，【方法】選擇最高到面，【直到面】鼠標(biāo)單擊圖中紅色表面，【拉伸方向】選擇反轉(zhuǎn)，最高鼠標(biāo)單擊如下圖標(biāo)，正視草繪平面
? 右擊參考面選擇【隱藏】即可隱藏不想看的對象
? 此時創(chuàng)建三通管的幾何模型已經(jīng)完成，單擊【關(guān)閉3D-CAD】退出3D-CAD環(huán)境
? 右擊【3D-CAD Model1】選擇重命名，或者選中節(jié)點(diǎn)，按F2,對模型重新命名
? 要進(jìn)行后續(xù)網(wǎng)格劃分和CFD分析，需將模型傳遞到幾何零部件，右擊【三通管】選擇新建幾何部件，彈出下圖對話框，保持默認(rèn)設(shè)置，單擊【確定】按鈕
? 在結(jié)構(gòu)樹窗口新增【零部件】節(jié)點(diǎn)，如下圖所示
幾何零部件用于準(zhǔn)備模型的空間表示。按照區(qū)域、邊界和界面來定義可應(yīng)用物理?xiàng)l件的計算模型
? 單擊如下圖圖標(biāo)，創(chuàng)建幾何場景，用于觀看模型
? 點(diǎn)擊【零部件】【三通管】【表面】右擊面圖標(biāo)選擇【根據(jù)角度…】,彈出如下圖所示對話框，保持默認(rèn)設(shè)置，單擊【確定】按鈕
? 表面被分成四個面，按之前重命名方法對表面重命名，便于后續(xù)求解設(shè)置
? 右擊【零部件】【三通管】選擇分配零部件至區(qū)域…
? 彈出面板中，按下圖所示選擇，選擇【三通管】，【為每個零部件表面…】單擊【應(yīng)用】按鈕
? 在結(jié)構(gòu)樹窗口新增【區(qū)域】節(jié)點(diǎn)，如下圖所示，單擊【inlet-cool】，在屬性面板中，【類型】改為【速度進(jìn)口】，同樣的方式將其他邊界類型修改對應(yīng)的類型
邊界 |
類型 |
Inlet-cool |
速度進(jìn)口 |
Inlet-hot |
速度進(jìn)口 |
wall |
壁面 |
outlet |
壓力出口 |
? 右擊【幾何】【操作】依次按下圖所示選擇自動網(wǎng)格
? 在自動網(wǎng)格設(shè)置面板，選擇【三通管】，在【選定】依次選擇【表面重構(gòu)】、【多面體網(wǎng)格生成器】、【棱柱層網(wǎng)格生成器】，單擊【確定】按鈕
? 在結(jié)構(gòu)樹窗口新增【自動網(wǎng)格】節(jié)點(diǎn)，如下圖所示，未生成網(wǎng)格前顯示帶感嘆號
? 如下圖，選擇【基礎(chǔ)尺寸】節(jié)點(diǎn)，在屬性窗口設(shè)置【基礎(chǔ)尺寸】為50mm
? 如下圖，選擇【目標(biāo)表面尺寸】節(jié)點(diǎn)，在屬性窗口設(shè)置【尺寸類型】為相對基數(shù)的值，【基礎(chǔ)百分比】為50，同理，【最小表面尺寸】設(shè)置為5
? 如下圖，選擇【棱柱層數(shù)】設(shè)置為3層，【棱柱層延伸】為1.2，【棱柱層總厚度】在屬性窗口設(shè)置【尺寸類型】為絕對，設(shè)置為3mm，
? 菜單欄單擊如下圖所示圖標(biāo)，生成體網(wǎng)格，信息窗口顯示已完成，網(wǎng)格單元數(shù)（cells）為39164個
? 右擊顯示窗口空白處，選擇下圖所示【latest surface】顯示面網(wǎng)格如下圖所示，選擇【volume mesh】則可顯示體網(wǎng)格
? 在菜單欄選擇【網(wǎng)格】【診斷…】，彈出下圖對話框，保持默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)【確定】按鈕
? 如圖所示，在信息窗口顯示網(wǎng)格質(zhì)量信息，其中體積變化率（volume change）值越接近1越好，最小值不能低于10-5，面網(wǎng)格質(zhì)量（face validity）值越接近1越好，一般要求0.8以上。
? 右鍵選擇模型樹節(jié)點(diǎn)【連續(xù)體】 → Physics 1，點(diǎn)擊彈出菜單項(xiàng)【選擇模型…】
? 取消【自動選擇推薦模型】，按下圖所示選擇物理模型，單擊【關(guān)閉】
? 【Physics1】圖標(biāo)變成藍(lán)色，在【模型】【液體】對水屬性進(jìn)行設(shè)置，此案例保持默認(rèn)設(shè)置
? 鼠標(biāo)選擇【區(qū)域】節(jié)點(diǎn)，在屬性面板【物理連續(xù)體】選擇【Physics1】,如圖所示
? 鼠標(biāo)選擇【邊界】【速度幅值】節(jié)點(diǎn)，在屬性面板【值】設(shè)置為1.5m/s，同理，設(shè)置熱水進(jìn)口速度為1m/s
? 鼠標(biāo)選擇【邊界】【靜態(tài)溫度】節(jié)點(diǎn)，在屬性面板【值】設(shè)置為293.15k，同理設(shè)置熱水進(jìn)口溫度為333.15k
? 鼠標(biāo)選擇【邊界】【壓力】節(jié)點(diǎn)，在屬性面板【值】設(shè)置為0pa
? 鼠標(biāo)選擇【求解器】【耦合隱式】節(jié)點(diǎn)，在屬性面板【庫朗數(shù)】設(shè)置為5
? 鼠標(biāo)選擇【停止標(biāo)準(zhǔn)】【Maximum steps】節(jié)點(diǎn)，在屬性面板【最大部數(shù)】設(shè)置為500
? 鼠標(biāo)右擊模型樹節(jié)點(diǎn)【衍生零部件】【新零部件】【截面】選擇【平面…】
? 在創(chuàng)建平面截面窗口，【平面參數(shù)】中原點(diǎn)選擇（0，0，0），【法向選擇】（0，0，1），勾選【沒有顯示器】，點(diǎn)【創(chuàng)建】在衍生零部件生成一個截面
? 在菜單欄單擊下圖圖標(biāo)，創(chuàng)建標(biāo)量場景
? 鼠標(biāo)單擊模型樹節(jié)點(diǎn)【場景】【顯示器】【零部件】選擇【編輯…】
? 在彈出對話框中選擇【平面截面】，單擊【確定】
? 在圖形窗口右擊藍(lán)色標(biāo)尺，選擇【Temperature】
5.5 運(yùn)行模擬
? 點(diǎn)擊工具欄按鈕【運(yùn)行】，開始計算
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