--圖文教程--

▓ 網(wǎng)格生成

? 采用Automated Mesh(自動網(wǎng)格)進(jìn)行網(wǎng)格生成；

? 選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格生成器；

? Surface Remesher_表面重構(gòu)；

? Polyhedral Mesher_多面體網(wǎng)格生成器；

? Prism Layer Mesher_棱柱層網(wǎng)格生成器；

? 設(shè)置默認(rèn)網(wǎng)格控制；

? Base Size_基礎(chǔ)尺寸：0.01m；

? Number of Prism Layers_棱柱層(邊界層)層數(shù)：5層；

? 其他保持默認(rèn)設(shè)置即可；

? 設(shè)置自定義網(wǎng)格控制；

? 禁用滑移壁面棱柱層網(wǎng)格的生成；

? 為了更好的定義鈍狀體，對鈍狀體進(jìn)行網(wǎng)格加密控制，即新建一個(gè)Surface Control作用于Inner_wall面，并將其_Minimum Surface Size(即最小表面尺寸)設(shè)置為Custom(自定義)，采用絕對值表示，數(shù)值設(shè)置為0.001m；

? 此處禁用邊界層的滑移壁面就是風(fēng)洞的外壁面，后面會設(shè)置滑移壁面邊界條件，因此不需要邊界層；

? Generate Surface Mesh_生成面網(wǎng)格；

? GenerateVolume Mesh_生成體網(wǎng)格；

? 體網(wǎng)格生成后大概如上圖所示，對網(wǎng)格生成及Scene(場景)部分存在疑問的小伙伴，可翻閱先前篇章《Star CCM+網(wǎng)格生成案例—多零部件熱交換器》，詳細(xì)介紹了Automated Mesh(自動網(wǎng)格)功能及Scene(場景)的使用；

? 本篇章意在對Star CCM+的仿真流程進(jìn)行一個(gè)基本介紹，網(wǎng)格類型選擇、網(wǎng)格質(zhì)量等在此便不再贅述了，以后有機(jī)會再行分享；

▓ 選擇物理模型

? 展開左側(cè)結(jié)構(gòu)樹_Continua_選中Physics 1_右鍵_Select Models_進(jìn)入Model Selection(模型選擇)選項(xiàng)卡_

? 此時(shí)已默認(rèn)選擇了Three Dimensional(三維)、Solution Interpolation(解算方案差值)；

? Solution Interpolation(解算方案差值)顯示不被其他模型需要，可以暫時(shí)先留著，如果選擇完所有模型后仍然不被其他模型需要可再行刪除；

? 要反向進(jìn)行(即刪除)部分或所有模型的選擇流程，只需在Enabled Models區(qū)域(即上圖右側(cè))清除希望禁用的模型的復(fù)選框(即取消勾選)；

? 勾選Auto-select recommended models(自動選擇推薦模型)后，對話框可以在用戶做出選擇時(shí)自動選擇某些默認(rèn)模型，從而引導(dǎo)用戶完成整個(gè)模型選擇過程；

? 本案例流體為理想氣體（空氣），因此請從Material(材料)組合框中選擇Gas(氣體)；

? Flow組合框中選擇Coupled Flow(即耦合流)；

? 由于勾選了Auto-select recommended models(自動選擇推薦模型)，選擇Coupled Flow(即耦合流)后自動選擇了Gradients(即梯度)；

? Equation of State組合框中選擇Ideal Gas(理想氣體)；

? Time組合框中選擇Steady(穩(wěn)態(tài))；

? Viscous Regime組合框中選擇Turbulent(湍流)；

? 自動選擇了Reynolds-Averaged Navier-Stokes(雷諾平均納維-斯托克斯模型)；

? Reynolds-Averaged Turbulence組合框中選擇K-Epsilon Turbulence(K-Epsilon湍流);

? 自動選擇了Realizable K-Epsilon Two-Layer(可實(shí)現(xiàn)的K-Epsilon兩層)；

? 自動選擇了Wall Distance(壁面距離)；

? 自動選擇了Two-Layer All y+ Wall Treatment(兩層全y+壁面處理模型)；

? 開始自動選擇的Solution Interpolation(解算方案差值)仍顯示不被其他模型需要，刪除該模型；

? 最后所選擇模型如上圖所示，單擊關(guān)閉；

? 選擇完模型后，Physics 1由灰色變成藍(lán)色；

? 軟件版本、設(shè)置、模型、相關(guān)操作等差異可能致使剛進(jìn)入Model Selection(模型選擇)選項(xiàng)卡時(shí)，軟件自動選擇好的模型會有所差異，不需要的模型最后刪除即可；

? 關(guān)于為什么選擇這些模型？涉及較廣，博主對這個(gè)領(lǐng)域了解不多，本篇章意在介紹Star CCM+的分析流程，便不再贅述了；

▓ 設(shè)置初始條件

? 連續(xù)體的初始條件用于指定模擬的初始場數(shù)據(jù)；

? 每個(gè)模型都需要足夠的信息，以便在模擬開始時(shí)，模型的主要變量在整個(gè)計(jì)算域中都設(shè)為合理值；

? 使用初始條件所設(shè)置的典型物理量包括壓力、溫度、速度分量和湍流量等；

? 對于某些模型，如湍流模型，可選擇更便捷的指定信息的選項(xiàng)，例如，湍流強(qiáng)度和湍流粘度比可取代湍動能和湍流耗散率。

? 在穩(wěn)態(tài)模擬中，求解不依賴于初始場即可收斂；

? 但初始場會影響收斂速度，并影響消耗的計(jì)算資源；

? 因此指定合理的初始條件和值是非常重要的，尤其是當(dāng)物理?xiàng)l件比較復(fù)雜時(shí)；

? 本案例中的滯止入口邊界具有與馬赫數(shù)0.75對應(yīng)的條件，等效自由流速度約為300m/s，即用于初始化速度場的值；

? 通過左側(cè)結(jié)構(gòu)樹展開_Continua_Physics_Initial Contiditions_

? 選擇Velocity并將其值設(shè)置為 [300.0, 0.0, 0.0]；

? 選擇Turbulent Viscosity Ratio(湍流粘度比)設(shè)置為50；

? 該值與在滯止邊界條件中設(shè)置的湍流粘度比相同；

▓ 定義區(qū)域連續(xù)體

? 展開結(jié)構(gòu)樹_Regions_選中bluntBody并將其屬性欄中的Physics Continuum設(shè)置為之前設(shè)置的Physics 1；

? 本案例僅有一個(gè)名為bluntBody的Region(區(qū)域)，同時(shí)也僅定義了一個(gè)名為Physics 1的Continues(連續(xù)體)；

? 用戶可以定義多個(gè)連續(xù)體，并且為每個(gè)區(qū)域指定一個(gè)不同的連續(xù)體；

? 一個(gè)連續(xù)體可以與一個(gè)或多個(gè)區(qū)域相關(guān)聯(lián)；

? 連續(xù)體也可以被閑置(即定義后不與任何區(qū)域相關(guān)聯(lián))；

? 通俗來說就是定義了一個(gè)連續(xù)體但是并沒有用到，可以就單純的放在那里不進(jìn)行刪除，并不會對模擬有什么影響；

▓ 設(shè)置邊界條件/數(shù)值

? 之前已經(jīng)明確的給出了邊界類型(壁面、滯止進(jìn)口等)，但模型還需要更多的信息，邊界條件便提供了此類信息；

? 比如壁面邊界類型，條件可指定該壁面是非滑移壁面、 滑移壁面或者移動壁面，條件還能表明是應(yīng)用指定的溫度( 狄利克雷)作為熱邊界條件， 還是應(yīng)用指定的熱通量(諾伊曼)作為熱邊界條件；

? 邊界類型和邊界條件會告訴模型如何處理邊界(或區(qū)域和界面)，但仍缺少實(shí)際的數(shù)據(jù)， 數(shù)值便是提供了此類輸入；

? 用戶需要根據(jù)在條件節(jié)點(diǎn)作的選擇添加數(shù)值節(jié)點(diǎn)；

? 本案例中為了使入口處馬赫數(shù)約為0.75，使用等熵關(guān)系確定給定總溫度下的入口總壓力和出口靜壓；

? 如果出口靜壓等于一個(gè)大氣壓(絕對值)，并且靜態(tài)溫度為300K，則入口總壓力為164904Pa(絕對值)，入口總溫度為344.8K；

? 邊界值指定為表壓，使用默認(rèn)參考壓力101325Pa(一個(gè)大氣壓)，因此將入口總壓力設(shè)置為63579Pa(表壓);

? 出口靜壓為0Pa(表壓)，即默認(rèn)值，不需要額外設(shè)置；

? 本篇章意在介紹Star CCM+的模擬流程，不明白馬赫數(shù)0.75與壓力、溫度關(guān)系的小伙伴也無需執(zhí)著，術(shù)業(yè)有專攻，博主對這個(gè)領(lǐng)域接觸也很少，知道所需要設(shè)置的邊界條件和數(shù)值即可，對參考壓力、表壓及絕對值等存在疑問的小伙伴可翻閱博主之前的篇章；

?_Fluent理論基礎(chǔ)_壓力解析

? 展開結(jié)構(gòu)樹_Regions_bluntBody_Boundaries_Inlet_Physics Values并進(jìn)行相關(guān)設(shè)置_

? 設(shè)置Total Pressure(總壓力)為63579Pa；

? 設(shè)置Total Temperature(總溫度)為344.8K；

? 設(shè)置Turbulent Viscosity Ratio(湍流粘度比)為50；

?_本案例也可接受默認(rèn)的湍流設(shè)置；

? 在風(fēng)洞中模擬體，將上邊界(即風(fēng)洞外邊界)設(shè)為滑移壁面，就不必求解此壁面上的邊界層；

? 展開結(jié)構(gòu)樹_Regions_bluntBody_Boundaries_Slip_wall_Physics Conditionss并進(jìn)行相關(guān)設(shè)置_

? 將Shear Stress Specification(剪應(yīng)力指定)方式設(shè)置為Slip(滑移)；

▓ 設(shè)置求解參數(shù)/停止條件

? 求解參數(shù)保持默認(rèn)；

? 為模擬設(shè)置適當(dāng)?shù)耐Ｖ箺l件；

? 本案例通過采用最大步數(shù)300步來停止模擬；

? 求解不會在此迭代次數(shù)內(nèi)收斂；

? 求解的運(yùn)行不會超過300次迭代，除非更改或禁用此停止條件；

▓ 可視化求解

? 用戶可以通過創(chuàng)建場景來顯示模擬結(jié)果；

? 并且隨著模擬的不斷推進(jìn)，這些場景也會隨之更新；

? 本案例便是通過設(shè)置標(biāo)量場景來實(shí)現(xiàn)馬赫數(shù)可視化的；

? 通過左側(cè)結(jié)構(gòu)樹_Scenes_右鍵_New Scene_Scalar_創(chuàng)建一個(gè)標(biāo)量場景；

? 展開該標(biāo)量場景，將Scalar 1的Parts(部件)設(shè)置為Symmetry_plane1，即該場景所顯示的是Symmetry_plane1上的某一標(biāo)量；

? 通過結(jié)構(gòu)樹_Scenes_Scalar Scene 1_Scalar 1_Scalar Field_將Function(函數(shù))設(shè)置為Mach Number(馬赫數(shù))-Lab Reference Frame(基準(zhǔn)參考系)；

? 可通過搜索框搜索“Mach”快速定位；

? 通過右鍵點(diǎn)擊圖形區(qū)域的圖例也可以將函數(shù)切換成所需要的馬赫數(shù)；

? 取消輪廓線的顯示會有更好的觀感；

? 本案例對于貫穿鈍狀體中心的水平和垂直平面都是對稱的，為了降低計(jì)算成本，我們僅選取了實(shí)際流場的1/4，但是我們可以通過采用對稱重復(fù)轉(zhuǎn)換在圖形區(qū)域創(chuàng)建模型的鏡像圖像，以達(dá)到更完整的視覺顯示效果；

? 在Scalar 1的屬性欄中，將Transform項(xiàng)選擇為Symmetry_plane2 1；

? 可在Color Bar的屬性欄更改顏色帶設(shè)置，以達(dá)到更好的顯示效果；

▓ 模擬進(jìn)度監(jiān)視

? STAR-CCM+能在求解發(fā)展過程中，動態(tài)地監(jiān)視相關(guān)的變量；

? 創(chuàng)建報(bào)告以定義相關(guān)的變量和要監(jiān)視的區(qū)域零部件；

? 利用該報(bào)告定義監(jiān)視器，以控制更新頻率和歸一化特征；

? 利用該監(jiān)視器創(chuàng)建X-Y繪圖；

? 本案例中，可沿流體的 x 方向監(jiān)視對體的作用力， 它其實(shí)就是總曳力；

? 通過結(jié)構(gòu)樹_Reports_右鍵_New Report_AMG Cycles……_Force Coefficient_創(chuàng)建一個(gè)力系數(shù)報(bào)告；

? 在其屬性欄進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置；

? 設(shè)置Direction(方向)為[1.0,0.0,0.0]，即拖曳力方向沿X軸的方向；

? 設(shè)置Reference Density(參考密度)為1.277kg/m3，即自由流空氣密度；

? 設(shè)置Reference Velocity(參考速度)為264.6m/s，即入口速度；

? 設(shè)置Reference Area(參考面積)為0.000161269m2，即模擬使用的四分之一鈍狀體沿拖曳力方向的投影面積；

? 設(shè)置Parts為Inner_wall，即內(nèi)壁面邊界；

? 或者可通過將Regions_bluntBody_Boundaries_下的Inner_wall拖拽到Reports下的Force Coefficient 1中；

? 通過選中剛創(chuàng)建的Force Coefficient 1_右鍵_Create Monito and Plot from Report，即根據(jù)報(bào)告創(chuàng)建監(jiān)視器和繪圖；

? 該操作在Monitors(監(jiān)視器)節(jié)點(diǎn)下創(chuàng)建Force Coefficient 1 Monitor(即力系數(shù)1監(jiān)視器)節(jié)點(diǎn)；

? 此模擬樹分支內(nèi)的現(xiàn)有Monitors(監(jiān)視器)是來自模型使用求解器的殘余監(jiān)視器；

? 選中監(jiān)視器節(jié)點(diǎn)后，可以通過屬性欄查看監(jiān)視器的默認(rèn)設(shè)置；

? 運(yùn)行求解時(shí)，這些設(shè)置在每次迭代時(shí)都會更新繪圖；

? 除了Monitors(監(jiān)視器)節(jié)點(diǎn)以外，還會在Plots(繪圖)節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建Force Coefficient 1 Monitor Plot(即力系數(shù)1監(jiān)視器繪圖)節(jié)點(diǎn)；

? 繪圖創(chuàng)建的同時(shí)已經(jīng)自動在圖形區(qū)域打開了，如果沒有可通過以下途徑打開；

? 雙擊結(jié)構(gòu)樹_Plots下的Force Coefficient 1 Monitor Plot；

? 選中結(jié)構(gòu)樹_Plots下的Force Coefficient 1 Monitor Plot并通過右鍵_Open_打開;

? 求解器開始運(yùn)行后，拖曳力系數(shù)會自動更新此繪圖顯示；

▓ 運(yùn)行模擬

? 通過菜單欄_Solution_Run或者工具欄運(yùn)行模擬；

? 運(yùn)行期間，可通過菜單欄_Solution_Stop或者工具欄停止模擬過程；

? 終止模擬后，可通過菜單欄_Solution_Run或者工具欄繼續(xù)運(yùn)行模擬，如果未完成， 則模擬將繼續(xù)，直至符合300次迭代的停止標(biāo)準(zhǔn)；

? 可根據(jù)自己的需要，停止-修改參數(shù)-繼續(xù)運(yùn)行模擬；

? 可通過圖形窗口隨時(shí)查看計(jì)算的收斂情況；

▓ 后處理

? 判定收斂后，可根據(jù)個(gè)人需要進(jìn)行后處理操作，包括查看云圖、數(shù)據(jù)及生成曲線等；

? 本篇章意在介紹Star CCM+的模擬流程，其后處理篇幅較長，在此便不再贅述了，之后有機(jī)會再行分享。