STAR-CCM+包面
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-04-24
STAR-CCM+包面的實例教程
本次來說明如何使用包面從表示進氣歧管組件的一套零部件中抽取內部流體表面。
在處理新的或不熟悉的幾何時，運行包面數次以便體現該工具的常規迭代特性。在每次迭代時會包含額外的特性和選項，藉此改進結果包面的總體仿真度。在具備經驗之后，可使用包面通過一次或兩次迭代獲得滿意的結果。
幾何如下圖所示：
進氣歧管組件由數個零部件組成，包括主體、安裝支架、空氣流量傳感器、控制閥和定向流擋板。大多數零部件處于其原始 CAD 形式，尚未準備好在CFD分析中使用。
對于零部件數量不多的簡單情況，現實的解決方案是以手動修復方式刪除不需要的面，然后將其余面拼合在一起形成封閉的體幾何。但隨著零部件數量和總體復雜度的增加，手動修復就顯得效率低下。在此情況下可使用包面抽取幾何的高仿真表示。使用表面重構中的表示來獲得高質量三角劃分，在此基礎上可繼續使用體網絡化工具。
在本例中包面處理的內容如下：
? 材料厚度
? 開放流體邊界
? 斷開的幾何/凸緣
? 重疊/雙表面
? 相交體（支架）
? 表面孔
? 通道
? 內部薄壁面擋板
? 緊密接近體（閥門、傳感器）
這些項目顯示在以下剖面圖中：
包面是一種快速有效地從 CAD 類型幾何中同時抽取內、外表面的處理過程。由于有大量路徑可供選擇，因此成功使用包面需要實踐。例如，有時通過微調一些基本輸入值來處理具體的特性可以對總體結果產生重大影響。總之，反復使用包面會積累豐富的經驗。
展開 SIEMENS旗下的STAR CCM+軟件，是汽車行業使用普遍的CFD專業分析工具，其便捷的前處理功能、極強的網格兼容能力、強大的并行計算能力等優點，吸引了廣大CFD分析工程師的青睞。本文就STARCCM+軟件的Partial Wrapping局部包面建模流程進行詳細介紹。
一、包面前準備
1. CAS處理
（1）數模初始面網格賦予
在ANSA或Hypermesh軟件中處理CAS數據，處理成雙層面（內面與外面，一般偏移2mm左右，格柵做開口處理），雙層面包括前后保、前擋風玻璃、前大燈、翼子板、輪眉、車門等，并生成網格。
（2）面網格導入STAR CCM+
點擊File>Import surface Options出現對話框，在Import Mode下選框中選Create New Part。注意導入模型的尺寸（米或毫米），如圖1所示。
圖1 導入網格界面
二、包面
1. 孔洞封堵
封堵CAS內面四周與車身和地板的縫隙。
2. 包面設置
（1）點擊Geometry>Operations>Surface Preparation>Surface Wrapper選擇包面，如圖2所示。
圖2 包面設置
（2）點擊Geometry>Operations>Surface Wrapper勾選Perform Partial Wrapping設置局部包面，如圖3所示。
展開 1：模型準備（模型系網友提供）
2：導入star-ccm+
3:檢查幾何拓撲結構，建立球形空間域
4：由于對稱性，切分一半模型
5：由于幾何模型不封閉，需要先進行包面處理，設置相應的包面尺寸，去掉默認的特征線。進行包面處理，網格模型里面選擇包面（star-ccm+的包面功能太強大了，對復雜模型的包面處理非常便捷）。
包面圖如下：
6：重新設置網格尺寸，進行面網格和體網格生成，網格模型選擇：面網格，多面體網格，邊界層網格，其中邊界層網格選6層，1.6的增長因子，只保留機身壁面的邊界層網格，其它邊界去掉邊界層網格劃分。
面網格：
體網格：
展開 1：模型準備（模型網友提供）
2：導入star-ccm+
3:檢查幾何拓撲結構，建立球形空間域
4：由于對稱性，切分一半模型
5：由于幾何模型不封閉，需要先進行包面處理，設置相應的包面尺寸，去掉默認的特征線。進行包面處理，網格模型里面選擇包面（star-ccm+的包面功能太強大了，對復雜模型的包面處理非常便捷）。
包面圖如下：
6：重新設置網格尺寸，進行面網格和體網格生成，網格模型選擇：面網格，多面體網格，邊界層網格，其中邊界層網格選6層，1.6的增長因子，只保留機身壁面的邊界層網格，其它邊界去掉邊界層網格劃分。
面網格：
體網格：
6：模型設定
選擇3維穩流，耦合求解器（主要用于高速可壓強耦合流動），理想氣體，湍流K-omega模型（適用于尾跡流、混合層流、繞流等）
7：邊界條件
球形域（free stream;flow direction:1,0,0;馬赫數：0.8）,機身（wall）,對稱面：symmetry plane
8:初始條件：
velocity:[200,0,0]m/s
9:設置阻力系數與升力系數等參數
10：求解控制
coupled implicit:courant number:1
Maximum steps:1000
展開 幾何清理完成后首先劃分簡單面網格, 然后將其導 入 STAR CCM+中進行包面處理得到質量較高的面網格, 然后生成體網格并檢查排除掉無效的網格單元。
仿真模型的體網格采用 Trimmer 網格。其中, 風道 的體網格單元為 308 萬個, 蒸發器芯體的體網格單元為 5 萬個, 鼓風機的體網格單元為 255 萬個, 共計 569 萬 個網格單元。網格劃分后根據空調風道的性能參數和使 用條件進行邊界條件的設置[5] 。
2. 2 計算設置
鼓風機的進風口設置為滯止入口 ( Stagnation Inlet)。由于蒸發器芯體包含百葉窗翅片結構, 在模擬蒸發器的 壓損和傳熱過程時, 可以將蒸發器 芯 體 簡 化 為 多 孔 介質[6] 。
根據汽車空調風道中空氣流體的特點選擇相應的 模擬方法和模型, 通過雷諾時均方程模擬, 選擇 SST k-ω 湍流模型, 其計算所需的物理模型的選擇如圖 2 所示。
2. 3 流動分析
2. 3. 1 鼓風機出風口
圖 3 為風道 Y 向截面上的壓力分布云圖, 可以看出 鼓風機出風口處上下兩側尖角部分壓力較大, 即出風口 處結構對鼓風機出風的阻礙作用大。
查看其速度分布圖可以清晰地觀察流動情況, 如圖 4 所示, 其黑色代表速度。蒸發器芯體上部進風極少, 是因為鼓風機出風口結構阻擋了鼓風機的出風, 這會導 致蒸發器芯體傳熱利用率低下, 影響空調性能。
2. 3. 2 風道內腔
此風道設計中出現較多截面面積急劇變化的地方。風道的截面突變, 彎曲程度過大都會對空調的性能產生 影響[7] 。這是因為, 截面變小, 氣流的運動速度會加 快[8] 。
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仿真模型的體網格采用 Trimmer 網格。其中, 風道 的體網格單元為 308 萬個, 蒸發器芯體的體網格單元為 5 萬個, 鼓風機的體網格單元為 255 萬個, 共計 569 萬 個網格單元。
SIEMENS旗下的STAR CCM+軟件，是汽車行業使用普遍的CFD專業分析工具，其便捷的前處理功能、極強的網格兼容能力、強大的并行計算能力等優點，吸引了廣大CFD分析工程師的青睞。本文就STARCCM+軟件的Partial Wrapping局部包面建模流程進行詳細介紹。
一、包面前準備
1. CAS處理
（1）數模初始面網格賦予
在ANSA
本次來說明如何使用包面從表示進氣歧管組件的一套零部件中抽取內部流體表面。
在處理新的或不熟悉的幾何時，運行包面數次以便體現該工具的常規迭代特性。在每次迭代時會包含額外的特性和選項，藉此改進結果包面的總體仿真度。在具備經驗之后，可使用包面通過一次或兩次迭代獲得滿意的結果。
幾何如下圖所示：
進氣歧管組件由數個零部件組成，包括主體、安裝支架
進行包面處理，網格模型里面選擇包面（star-ccm+的包面功能太強大了，對復雜模型的包面處理非常便捷）。
包面圖如下：
6：重新設置網格尺寸，進行面網格和體網格生成，網格模型選擇：面網格，多面體網格，邊界層網格，其中邊界層網格選6層，1.6的增長因子，只保留機身壁面的邊界層網格，其它邊界去掉邊界層網格劃分。
進行包面處理，網格模型里面選擇包面（star-ccm+的包面功能太強大了，對復雜模型的包面處理非常便捷）。
包面圖如下：
6：重新設置網格尺寸，進行面網格和體網格生成，網格模型選擇：面網格，多面體網格，邊界層網格，其中邊界層網格選6層，1.6的增長因子，只保留機身壁面的邊界層網格，其它邊界去掉邊界層網格劃分。
面網格：
體網格：
