STAR-CCM+邊界
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-04-24
STAR-CCM+邊界的實例教程
[p=null, 2, left]有些時候在劃分網格時，忘記了對邊界面進行命名標記，導入FLUENT中后，發現只有一個獨立的邊界，這時候需要進行邊界分割，將需要進行邊界處理的位置分割出來（如入口，出口等）。上次提到利用FLUENT分割邊界的問題，其實這類問題的解決方法很多，這次講述利用STAR CCM+進行邊界面分割的操作。[/p]
Star CCM+是一款通用CFD軟件。其操作界面比較友好，而且利用其進行邊界切割也比FLUENT方便很多。下面我們還是以一個最簡單的實例來描述這個過程。
網格生成就不累述了，這方面的資料隨處可見。
（1）啟動star ccm+，導入msh文件。
Star ccm+支持導入fluent網格格式msh文件，因此我們可以直接導入msh文件。
通過【File】>【import】>【import volume mesh】，找到我們的msh文件，讀取文件。
如圖所示，只有一個邊界GEOM，這個名稱是ICEM CFD自動生成的。網格如右圖所示。
（2）進行邊界分割
如左下圖所示，在GEOM上點右鍵選擇split by angle…，彈出分割對話框，如右下圖所示。
選擇要分割的邊界面geom，設置分割角度89°，如圖所示，點擊apply確認操作。
（3）邊界面分割
邊界面被分割成了六個部分，如下圖所示，從SOLID:GEOM至SOLID:GEOM6
（4）輸出
采用ensight格式進行輸出，因為fluent支持ensight格式的輸入。
展開 3.入口邊界條件
入口邊界條件包含的速度入口、質量流量入口和停滯入口。在計算前是需要對氣流的方向進行指定的。在一般情況下只考慮三種情況如下圖所示，邊界幾何法向指定：氣流方向與入口邊界垂直；參考角度：設置與邊界形成的夾角；坐標合成：設置局部或全局坐標系上各個分量。
入口邊界的氣流方向不同對結果影響較大，以一個案例來說明在不同角度下整場的速度分布，如下圖。左圖為指定X方向的流動，該流動方向與入口邊界法向相同，在整個求解域中得到相對均勻的速度場分布。右圖為在Z方向上增加了一個速度分量w入口處的氣流與入口邊界形成一個夾角，氣流進入求解域后沿XZ合速度方向流動，受到頂部壁面和出口的共同影響形成拱形的速度流場分布。
入口邊界條件與氣流的流動息息相關，對于不同規范（通常使用雷諾數Re表征速度的大小，時間尺度表征定常及非定常等），熱交換假設等都適用。以一個表格來簡單總結一下入口可以設置的物質量。
文章來源： 今宏科技Gohope
展開 4.出口邊界條件
出口邊界條件包含了靜壓力出口和“出口”。靜壓力出口比較常用，通常需要設置背壓值，在考慮到熱交換的時候也需要設置溫度參考值；靜壓力出口無法指定速度的方向；靜壓力出口可以配合所有的入口邊界條件來使用。
出口的位置也會對整個流場起著關鍵性作用，不同的出口位置也會導致整個流場的分布不同。如下圖所示。入口處氣流為均勻的法向方向，出口為靜壓力出口相同的背壓，相同的出口面積。但出口位置不同導致整場的速度分布不同。左圖的出入口之間的夾角較小，氣流分布相對流暢。右圖出入口之間夾角較大，導致整個氣流的流動向出口處偏轉。
“出口”出口邊界條件可以設置不同出口之間的流量的分配比率。不同的的分配比率影響整個流場的分布不同。仍使用第一個案例來說明“出口”邊界類型對流場的影響，如下圖所示。左圖為靜壓力出口，兩出口的背壓相同，由于出口管路的內徑大小不同造成出口管路的壓損不同，內徑較小的壓損較大流量較小，內徑較大的壓損較小流量
較大。往往在計算時求解域只保留的一段模型，對于1，2的背壓有時無法直接給出，但是可以給出的是1，2之間的流量分配比率。在這種情況下可以使用“出口”這種邊界條件來反映真實的工況。
展開 在CFD計算時邊界條件的設置是十分重要的一個環節，邊界條件的準確與否會直接影響最終的計算結果，計算的收斂速度，計算假設的合理性等等。邊界條件表示的是使用數學的方法將求解域與外部空間相互作用的結果，使用邊界上條件進行假設。值得注意的是一個CFD求解精度只能達到邊界條件的精度。
1.邊界條件類型概述
從求解空間上分可以分為內流場和外流場：
下圖是內流場示意圖，一般類型的內流場包含了入口、出口和壁面。入口有速度入口、質量流量入口和總壓入口；出口有出口和靜壓出口；壁面有光滑壁面、粗糙壁面、移動壁面、絕熱壁面等等。在STARCCM+中使用不同的圖標表示出來。
下圖是外流場示意圖，一般類型的外流場包含了入口、出口和壁面。入口有速度入口、質量流量入口和總壓入口；出口有出口和靜壓出口；目標壁面有光滑壁面、粗糙壁面、移動壁面、絕熱壁面等等；地面有光滑壁面、粗糙壁面、移動壁面、絕熱壁面等等；頂部面有對稱和滑移等。在STARCCM+中使用不同的圖標表示出來。
2.壁面邊界條件
在流動狀態下壁面邊界條件包含三種情況，剪切應力的假設、表面粗糙度假設、表面速度假設。如下圖所示，剪切應力假設：當表面設置為滑移狀態時表面速度與求解域內第一層網格內速度相等，反之當表面無滑移時表面速度為0；粗糙度假設：當表面設置為0時表面速度將不受粗糙度K的影響，反之則受影響；表面速度假設：相當于在壁面設置了速度矢量，表面的速度為u不再為0，那么整個求解域的計算將受到壁面速度u的影響。
表面速度假設對整場速度分布的影響最大，以一個案例來解釋對整場速度分布的影響如下圖所示。求解域有一個進口，兩個出口，最頂部的壁面考慮靜止和移動后對整場速度的影響。
展開 在進行湍流仿真計算時，對于流體域截面積存在突變的情況，如果采用固定邊界層厚度值，可能會使注流速區網格不滿足仿真要求。本案例僅運用Star CCM+前處理完成可變邊界層厚度設置，sim文件如下。
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4.出口邊界條件
出口邊界條件包含了靜壓力出口和“出口”。靜壓力出口比較常用，通常需要設置背壓值，在考慮到熱交換的時候也需要設置溫度參考值；靜壓力出口無法指定速度的方向；靜壓力出口可以配合所有的入口邊界條件來使用。
出口的位置也會對整個流場起著關鍵性作用，不同的出口位置也會導致整個流場的分布不同。如下圖所示。入口處氣流為均勻的法向方向，出口為靜壓力出口相同的背壓，相同的出口面積
3.入口邊界條件
入口邊界條件包含的速度入口、質量流量入口和停滯入口。在計算前是需要對氣流的方向進行指定的。在一般情況下只考慮三種情況如下圖所示，邊界幾何法向指定：氣流方向與入口邊界垂直；參考角度：設置與邊界形成的夾角；坐標合成：設置局部或全局坐標系上各個分量。
入口邊界的氣流方向不同對結果影響較大，以一個案例來說明在不同角度下整場的速度分布，如下圖
在CFD計算時邊界條件的設置是十分重要的一個環節，邊界條件的準確與否會直接影響最終的計算結果，計算的收斂速度，計算假設的合理性等等。邊界條件表示的是使用數學的方法將求解域與外部空間相互作用的結果，使用邊界上條件進行假設。值得注意的是一個CFD求解精度只能達到邊界條件的精度。
1.邊界條件類型概述
從求解空間上分可以分為內流場和外流場：
下圖是內流場示意圖
因此，在STAR-CCM中，使用邊界層理論來計算對流換熱系數。因此，在 STAR-CCM+中，模擬對流換熱系數的概念核心來源于標準壁面函數( standard wall！function，SWF)，熱流密度的公式為
公式中的參數解釋如下：
聯立公式(1)和(2)即可求得對流換熱系數。對流換熱系數總是與參考溫度成對出現的，不能只說對流換熱系數而不說明參考溫度。
在進行湍流仿真計算時，對于流體域截面積存在突變的情況，如果采用固定邊界層厚度值，可能會使注流速區網格不滿足仿真要求。本案例僅運用Star CCM+前處理完成可變邊界層厚度設置，sim文件如下。
STAR-CCM+邊界層網格處理
STAR-CCM+邊界層網格生成方法非常簡單，默認設置如圖6所示，邊界層定義方法采用Stretch factor，需要定義的參數有：Numberof Prism Layer （邊界層總層數），Prism layer stretching（相鄰層間的比例），Prism LayerTotal Thickness（邊界層總厚度），邊界第一層網格厚度通過上述三個參數計算得出
后面還會陸續更新，2-如何在star ccm+中生成帶邊界層的網格
3-如何生成java批處理文件
4-如何判斷流動是層流還是湍流
希望大家多多支持，有什么想要了解的也可以在留言區寫下來。
[p=null, 2, left]有些時候在劃分網格時，忘記了對邊界面進行命名標記，導入FLUENT中后，發現只有一個獨立的邊界，這時候需要進行邊界分割，將需要進行邊界處理的位置分割出來（如入口，出口等）。上次提到利用FLUENT分割邊界的問題，其實這類問題的解決方法很多，這次講述利用STAR CCM+進行邊界面分割的操作。[/p]
Star CCM+是一款通用CFD軟件。其操作界面比較友好，而且利用其進行邊界切割也比
