STAR-CCM+中文介绍

STAR-CCM+简介STAR-CCM+(ComputationalContinuumMechanics)是CD-adapco集团推出的新一代CFD软件。采用最先进的连续介质力学数值技术(computationalcontinuummechanicsalgorithms)，并和卓越的现代软件工程技术结合在一起，拥有出色的性能和高可靠性，是热流体分析工程师强有力的工具。STAR-CCM+界面非常友好，对表面准备，如包面(surfacewrapper)、表面重构(surfacere-mesh)及体网格生成(多面体-polyhedral、四面体-tetrahedral、六面体核心网格-trim)等功能进行了拓展；且在并行计算(HPC)上取得巨大改进，不仅求解器可以并行计算，对前后处理也能通过并行来实现，大大提供了分析效率。在计算过程中可以实时监控分析结果（如矢量、标量和结果统计图表等），同时实现了工程问题后处理数据方面的高度实用性、流体分析的高性能化、分析对象的复杂化、用户水平范围的扩大化。由于采用了连续介质力学数值技术，STAR-CCM+不仅可进行流体分析，还可进行结构等其它物理场的分析。目前STAR-CCM+正在应用于多达2亿网格的超大型计算问题上，如方程式赛车外流场空气动力分析等项目。STAR-CCM+着眼于未来20年内工程领域的挑战。专家们对他的概括很简单：STAR-CCM+不仅是个新的解算器，而是CFD的全新尝试。STAR-CCM+的显著特点友好的用户界面z面向对象的图形用户界面z数据管理系统　数据的保存、恢复　快速的、按需进行的数据读取　二进制　操作平台的无依赖性　并行计算的无依赖性z用户子程序　Java语言描述　用户自定义边界条件、源项和后处理函数z运行环境32bitWindows(2000/Xp)/64bitWindows/WindowsVista/WindowsCCS/LINUX-x86/LINUX-x86_64、LINUX-ia64、UNIX、Itanium2/IBMAIX、Power-PC/HPHP-UX、PA-RISC/HPHP-UX、Itanium2、SunSolaris、Sparcz丰富的图片系统z文档　在线帮助系统：浏览与查找功能　F1热键：上下文相关信息几何的自动和手动修复功能z对输入的几何进行自动或者手动的修复，基于点、线、面的修补功能，强大且灵活z便捷的选择工具和显示工具包面功能（wrapper）z表面处理常常是CFD应用中的一个障碍，对一个复杂形体的表面处理往往耗费大量的时间，对一个非常复杂的结构，往往表面处理的过程需要数周甚至几个月时间，同时也需要大量的人工干涉过程。z包面的目的：针对一个复杂的形体，在给出任意CAD格式的文件后，不需任何人工干涉，自动形成可生成体网格的完全封闭的、无任何泄漏的面。STAR-CCM+多面体网格（polyhedral）STAR-CCM+“蜂窝猜想”的数学问题一直到1999年6月才得到完全证明：六边形拓补网格可以利用最少的周长划分相同面积。－“Ahexagonalgridrepresentsthebestwaytodivideasurfaceintoregionsofequalareawiththeleasttotalperimeter”－－ThomasCHalesUniversityofMichigan四面体是一种比较简便的自动划分方式。每个四面体有四个相邻单元，对于单元中心的数值是采用线性的近似。但是，当相邻节点的空间位置接近于一个平面时，垂直于这个面的梯度就难以计算准确；当一个单元的面位于边界上时，它的相邻三个单元计算可能出现计算不准，在计算区域的边和角的位置，四面体的问题更突出。多面体网格克服了传统网格的缺点z有更多的相邻单元，梯度的计算和当地的流动状况预测更准确。z多面体对几何的变形没有四面体敏感。智能的网格工具使得单元可以自动融合、分裂，或者增加新的点、线、面。z对于回流的流动，例如顶盖驱动的空穴流，多面体的计算精度甚至超出Hexa网格。STAR-CCM+可以接受目前流行网格生成软件的网格（Hexa、Tetra等），也可以解算多面体网格（Poly）。多面体网格和相同数量的四面体网格（Tetra）相比，不但计算结果更精确，而且解算速度快3～5倍。Trimmed（左）和Polyhedral（右）壁面都有5层prism边界层典型的多面体网格Tetrahedral－650,000单元Polyhedral－138,000单元STAR-CCM＋具有功能强大的网格生成器，可自动划分多面体网格、四面体网格、Trimmed网格。四面体(Tetra)网格和多面体(poly)网格对比多面体只需四面体网格数的1/5，但计算精度相当。同时收敛速度、趋势更好于四面体网格。发动机水套冷却分析实例四面体模型四面体网格:2,131,703(1.3GBmemory)多面体模型多面体网格:353,022(900MBmemory)四面体网格:39,587四面体网格:2,322,106四面体（Tet）网格:2,322,106多面体网格:21,872多面体网格:593,888多面体（Poly）网格:593,888多面体模型只需四面体网格数的1/4，但计算精度相当；并且多面体模型对网格数目的依赖性比四面体模型更小。大规模并行计算能力zSTAR-CCM+使用client-server架构　仿真文件在server上创建并求解　在client上操作工作界面z基于C++的服务器，基于Java的小型化客户端zSTAR-CCM+能实现10亿左右网格的大规模并行计算。除了在解算器方面，在前后处理方面也实现了多CPU并行能力z易用性。用户只需在界面上指定机器名和CPU数，就可以全面实现并行处理连续介质力学数值技术（CCM）z多物理、基于连续介质的建模方法。建模时定义流体或固体的“连续体”（continua）并承载网格及计算方法；求解域（solutiondomain）划分为各个“区域”（regions）并承载物理空间。区域将赋予连续体，不同的物理空间可以赋予不同的计算方法。z物理（physics）与网格（mesh）的分离。在模拟设定过程中，网格仅用来定义问题的拓扑结构z求解域内不同区域之间将进行信息传递，并且不依赖于网格，网格的选择更为自由STAR-CCM+的求解器算法zSTAR-CCM+的耦合（Couple）求解器对于解决超音速激波、自然对流和其它速度、压力、温度强耦合的工程问题更精确。z先进的基于单元的离散技术z独特的多面体网格z耦合式或分离式的流动与能量方程求解器　隐式耦合算法——块AMG求解器　显式耦合算法——多步Runge-Kutta求解器　隐式分离算法——AMGSIMPLE求解器z代数多重网格线性方程求解器z多种收敛判定准则交互式工具包z界面导航式的模拟条件定义方式z局部坐标系（Localcoordinatesystems）——笛卡尔、圆柱、球坐标等，方便定义速度和方向矢量z工程单位的输入和显示　SI、USCS　用户自定义z一体化的分析及可视化工具提供了模拟过程中实时的信息反馈，用户与求解之间可完全交互式操作，用户可以随时暂停求解，调整参数并继续z场函数（Fieldfunctions）——丰富的预设的标量、矢量场函数，以及用户定义的场函数z报告（reports）和监控器（monitors）——残差、CPU时间、通量、力、力矩、力矩系数、平均值、最大值、最小值、求和z衍生体（Derivedparts）——等值面、剖面、线、点、threshold面、ISO面、流线zx-y绘图——多组数据同时显示（multiple-plotdata）；残差或任何报告值（reportvalue）的显示，每迭代步或每时间步的实时更新z可视化　网格、标量和矢量的显示　流线　周期性和对称性的可视化　点源　保存/恢复视图管理器STAR-CCM+的最新版本STAR-CCM+的最新版本为V3.02，发布于2008年2月。添加了新的物理模型，增加了面网格和体网格的输入输出兼容格式，进一步完善了手工及自动修补几何的功能，强化了网格生成及计算功能的稳健性，优化了高性能并行计算能力，加入和“ES-Turbo”的连接接口。STAR-CCM+的网格方案网格方案流程表面几何输入z可以导入的面网格或几何:　*.dbs-pro-STARsurfacedatabasemeshfile　*.inp-pro-STARcell/vertexshellinputfile　*.nas-NASTRANshellfile　*.pat-PATRANshellsfile　*.fro-FELISAFrontSurfacefile　*.x_t/.x_b-ParasolidTransmitfile　*.stl-Stereolithographyfile　*.iges/.igs-IGESfile　*.step/.stp-STEPfile面网格z面网格工具:　Surfaceremesher　Surfacewrapper　SurfaceRepair　Holefiller　Edgezipper　特征线提取和编辑工具体网格z3种体网格模型:　tetrahedral　polyhedral　trimmedz边界层网格模型：prismlayerz拉伸层网格模型：extruderz精细网格调节：　Volumesources　全局或局部参数设置网格演化zTransform–缩放,平移和旋转z对边界（boundaries）和区域（regions）的分裂和合并z创建，删除和融合交界面（interfaces）z融合内部边界z将3维网格转化为2维和其他网格生成软件及CFD软件的协调性z可以输入以下格式的网格:　*.ccm*.ccmg　*.ngeom　*.msh*.grd　*.cas　*.p3d*.xyz*.xz可以输出到pro-STAR进行后处理表面处理实例z封闭表面（SurfaceClosure）z特征的保持/简化（Featureretention/Disfeaturing）封闭之前封闭之后z防接触功能（Contactprevention）z探测漏洞（leakdetection）如CAD数据中保留有诸如雨刷安装孔这样的结构，而在流体分析中不应该有此流体通路，所以可以使用此功能，在车内和车外分别放置两个点（SourcePoint和TargetPoint），软件会自动在车内车外两点间搜索流体通路。面网格准备实例体网格生成实例z发动机进气道网格z各种外流网格输入几何Importgeometry包面Wrapping表面重构Re-meshzF1赛车网格STAR-CCM+的物理模型z空间¾二维¾轴对称¾三维z时间¾稳态¾显式非稳态¾隐式非稳态z运动¾运动参照系模型¾刚体运动模型z流动和能量¾无粘，层流，湍流。¾气体，液体，固体，单相及多相混合，多孔介质¾耦合传热¾自由表面(VOF)¾空化(cavitation)¾辐射类型的热交换¾风扇性能曲线修正的动量源项z不可压缩流/可压缩流z湍流¾Spallart-Allmaras¾K-Epsilon¾K-Omega¾雷诺应力输运方程¾壁面处理(Lowy+,Highy+,Ally+)¾壁面距离(Exact,Approximate)¾边界层转捩（prescriptiveboundary-layertransition）z辐射¾Surface-to-surface¾Discreteordinate¾GrayThermalRadiation¾SolarRadiationz燃烧¾EddyBreakUp(EBU)¾ThePremixedEddyBreak-Upmodel¾HomogeneousReactormodels¾TheCoherentFlamemodel(CFM)¾ThePartially-PremixedCoherentFlameModel(PCFM)¾PresumedProbabilityDensityFunction(PPDF)z多重参考坐标系（MRF，旋转机械