STAR-CCM+簡介

將現代軟件工程技術、最先進的連續介質力學數值技術（computational continuum mechanics algorithms）和卓越的設計結合在一起將帶來什么？你將獲得STAR-CCM+，優秀的CFD模擬軟件。

首先打動你的將是STAR-CCM+的一體化的工作環境。一體化用戶界面將顯示全部的模擬過程。操作界面與模擬思想的良好整合使得STAR-CCM+非常方便和高效。為實現用戶、計算機系統和模擬三者之間良好的交互操作，STAR-CCM+的設計人員盡了最大努力。

更進一步地，為了將物理情況準確地體現在模擬中，得到良好的計算結果，STAR-CCM+致力于以下三個關鍵因素：

1）
穩健并準確的數值算法

2）
覆蓋面寬廣的物理模型

3）
易處理的網格體系

STAR-CCM+中的物理模型與數值算法仍在不斷開發與擴充，所能解決的應用領域在不斷拓寬。

經驗表明，用戶盡可能地與求解過程進行交互操作，將大大提高工作效率，STAR-CCM+提供的交互式工具包將用戶與求解之間的交互能力提高到了一個全新的水平。

與上一代CFD軟件相比，現代軟件工程技術使得STAR-CCM+更可靠。不同的功能模塊各自獨立創建，模塊間不必要的關聯降為最低，從而最大程度地避免預料之外的計算結果。每個軟件開發周期中，進行了多次的測試與驗證。

STAR-CCM+著眼于未來20年內工程領域的挑戰。專家們對他的概括很簡單：STAR-CCM+不僅是個新的解算器，而是CFD的全新嘗試。

STAR-CCM+的特點

一體化工作環境

l
面向對象的圖形用戶界面

l
數據管理系統

? 數據的保存、恢復

? 快速的、按需進行的數據讀取

? 二進制

? 操作平臺的無依賴性

? 并行計算的無依賴性

l
用戶子程序

? Java語言描述

? 用戶自定義邊界條件、源項和后處理函數

l
運行環境

32bit Windows (2000/Xp) / 64bit
Windows / 32bit LINUX / 64bit LINUX、 AMD Opteron/EM64T、64bit LINUX、 Itanium2 / IBM AIX、 Power-PC / HP HP-UX、 PA-RISC / HP HP-UX、 Itanium2、Sun Solaris、 Sparc

l
豐富的圖片系統

l
文檔

? 在線幫助系統：瀏覽與查找功能

? F1熱鍵：上下文相關信息

大規模并行計算能力

l
STAR-CCM+ 使用 client-server 架構

? 仿真文件在server上創建并求解

? 在client上操作工作界面

l
基于C++的服務器，基于Java的小型化客戶端

l
STAR-CCM+能實現10億左右網格的大規模并行計算。除了在解算器方面，在前后處理方面也實現了多CPU并行能力

l
易用性。用戶只需在界面上指定機器名和CPU數，就可以全面實現并行處理

連續介質力學數值技術（ CCM ）

l
多物理、基于連續介質的建模方法。建模時定義流體或固體的“連續體”（continua）并承載網格及計算方法；求解領域（solution domain）劃分為各個“區域”（regions）并承載物理空間。區域將賦予連續體，不同的物理空間可以賦予不同的計算方法。

l
物理（physics）與網格（mesh）的分離。在模擬設定過程中，網格僅用來定義問題的拓撲結構

l
求解領域內不同區域之間將進行信息傳遞，并且不依賴于網格，網格的選擇更為自由

STAR-CCM+多面體網格

STAR-CCM+ “蜂窩猜想”的數學問題一直到1999年6月才得到完全證明：六邊形拓補網格可以利用最少的周長劃分相同面積。

－“A hexagonal grid represents the best way to divide a surface into
regions of equal area with the least total perimeter”－－ Thomas C Hales University of Michigan

四面體是一種比較簡便的自動劃分方式。每個四面體有四個相鄰單元，對于單元中心的數值是采用線性的近似。但是，當相鄰節點的空間位置接近于一個平面時，垂直于這個面的梯度就難以計算準確；當一個單元的面位于邊界上時，它的相鄰三個單元計算可能出現計算不準，在計算區域的邊和角的位置，四面體的問題更突出。

多面體網格克服了傳統網格的缺點

1）有更多的相鄰單元，梯度的計算和當地的流動狀況預測更準確。

2）多面體對幾何的變形沒有四面體敏感。智能的網格工具使得單元可以自動融合、分裂，或者增加新的點、線、面。

3）對于回流的流動，例如頂蓋驅動的空穴流，多面體的計算精度甚至超出Hexa網格。

STAR-CCM+可以接受目前流行網格生成軟件的網格（Hexa、Tetra等），也可以解算多面體網格（Poly）。多面體網格和相同數量的四面體網格（Tetra）相比，不但計算結果更精確，而且解算速度快3～5倍。

STAR-CCM＋具有功能強大的網格生成器，可自動劃分多面體網格、四面體網格、Trimmed網格。

多面體只需四面體網格數的 1/5 ，但計算精度相當。同時收斂速度、趨勢更好于四面體網格。

STAR-CCM+的求解器算法

l
STAR-CCM+的耦合（Couple）求解器對于解決超音速激波、自然對流和其它速度、壓力、溫度強耦合的工程問題更精確。

l
先進的基于單元的離散技術

l
獨特的多面體網格

l
耦合式或分離式的流動與能量方程求解器

? 隱式耦合算法——塊AMG求解器

? 顯式耦合算法——多步Runge-Kutta求解器

? 隱式分離算法——AMG
SIMPLE求解器

l
代數多重網格線性方程求解器

l
多種收斂判定準則

交互式工具包

l
界面導航式的模擬條件定義方式

l
局部坐標系（Local
coordinate systems）——笛卡爾、圓柱、球坐標等，方便速度和方向矢量的定義

l
工程單位的輸入和顯示

? SI、USCS

? 用戶自定義

l
一體化的分析及可視化工具提供了模擬過程中實時的信息反饋，用戶與求解之間可完全交互式操作，用戶可以隨時暫停求解，調整參數并繼續

l
場函數（Field
functions）——豐富的預設的標量、矢量場函數，以及用戶定義的場函數

l
報告（reports）和監控器（monitors）——殘差、CPU時間、通量、力、力矩、力矩系數、平均值

l
衍生體（Derived
parts）——等值面、剖面、線、點、threshold surfaces、streamline rakes

l
x-y 繪圖——多組數據同時顯示（multiple-plot data）; 殘差或任何報告值（report value）的顯示，每迭代步或每時間步的實時更新。

l
可視化

? 網格、標量和矢量的顯示

? 流線

? 周期性和對稱性的可視化

? 點源

? 保存/恢復 視圖管理器

STAR-CCM+的網格方案

網格方案流程

表面幾何輸入

l
可以導入的面網格或幾何:

? .dbs - pro-STAR surface database
mesh file

? .inp - pro-STAR cell/vertex shell
input file

? .nas - NASTRAN shell file

? .pat - PATRAN shell file

? .stl - Stereolithography file

面網格

l
面網格工具:

? Surface remesher

? Surface wrapper

? Hole filler

? Edge zipper

? 特征線提取和編輯工具

體網格

l
3種體網格模型:

? tetrahedral

? polyhedral

? trimmed

l
邊界層網格模型： prism
layer

l
精細網格調節：

? Volume sources

? 全局或局部參數設置

網格演化

l
Transform – 縮放, 平移和旋轉

l
對邊界（boundaries）和區域（regions）的分裂和合并

l
創建，刪除和融合交界面（interfaces）

l
融合內部邊界

l
將3維網格轉化為2維

和其他網格生成軟件的協調性

l
可以輸入來自以下網格:

? pro-STAR

? Gridgen

? STAR-CD

? ICEM

l
可以輸出到pro-STAR進行后處理

STAR-CCM+的物理模型

l
空間

? 二維

? 軸對稱

? 三維

l
時間

? 穩態

? 顯式非穩態

? 隱式非穩態

l
運動

? 運動參照系模型#

? 剛體運動模型

l
流動和能量

? 無粘，層流，湍流。

? 氣體，液體，固體和多孔介質。

? 耦合傳熱

? 自由表面 (VOF)

? 空化(cavitation)

? 輻射類型的熱交換

? FAN性能曲線修正的動量源項。

l
不可壓縮流/可壓縮流

l
湍流

? Spallart-Allmaras

? K-Epsilon

? K-Omega

? 雷諾應力輸運方程

? 壁面處理 (Low y+, High y+, All y+)

? 壁面距離 (Exact, Approximate)

? 邊界層轉戾（prescriptive boundary-layer transition）

l
輻射

? Surface-to-surface

? Discrete ordinate

l
燃燒

? Eddy Break Up (EBU)

? Presumed Probability Density
Function (PPDF), adiabatic and non-adiabatic

l
多重參考坐標系（MRF，旋轉機械的分析）

l
移動網格（sliding
mesh)