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STAR_CCM_使用技巧_续2_

第 19 卷 第 4 期 2010 年 12 月

计 算 机 辅 助 工 程 Computer Aided Engineering

Vol. 19 No. 4 Dec. 2010

STAR-CCM + 使用技巧 ( 续 2 )
1 CCM + 的 3DCAD 功能进行 如何使用 STAR? 参数化建模 绘制界面, 点击利用圆心和半径做圆图标 ( 第 1 排 最右 1 个) , 在右边带网格线的平面上左击原点作 为圆心, 用鼠标延格子边长方向移动 5 个格子后左 此时圆自动作出. 点击左边窗口中的 击确定半径, OK 按钮, CAD 界 结束草图绘制. 此时自动返回 3D面. 仿照以上操作, 进入 yz 平面内的草图绘制界面, 此时右边带网格线的平面为 yz 平面, 点击利用 3 个 顶点作矩形按钮( 第 1 排左起第 3 个 ) , 第 1 点点击 在圆点, 延 y 轴方向偏移 2 个网格点击第 2 点, 再延 z 轴偏移 3 个网格点击第 3 点, 然后点击左边窗口的 OK 按钮. 这样就建立了 1 个 yz 平面上的矩形. 自动 CAD 界面 后, 返回 3D可 看 到 树 状 菜 单 的 Features 下自动多出 Sketch 1 和 Sketch 2 , 分别对应所作出的 圆和矩形. 右击 Sketch 1 , 点击 Create Extrude, 进入 拉伸界面, 在 Distance 中填入 0. 1 m, 此时右边将显 示拉伸后的形状, 点击左边窗口的 OK 按钮, 确认拉 将 Sketch 2 向 x 轴正向拉伸 0. 1 m. 此时 伸. 同样, CAD 模型就完成了, 见图 1 右边窗口.

STARCCM + 从 V 5. 02 开始集成完全参数化 CAD. 3DCAD 模块搭建 的 CAD 几何建模功能 3D起 CAD 与 CAE 之间沟通的桥梁, 用户无须担心在 仿真过程中使用到的不同软件之间的数据交换问 CAD 完全集成在 STARCCM + 的界面和工 题. 3DCCM + 从参数化 CAD 建模到 作流程中, 实现 STAR表面准备、 体网格生成, 再到计算求解和后处理的一 CAD 的完全参数化功能使用户 体化工作流程. 3D可方便地修改几何模型尺寸, 快速投入到新的案例 计算中, 同时也为与 modeFRONTIER 等优化软件连 CAD 进行参数化建模的 接提供更大便利. 利用 3D基本流程为: ( 1 ) 二维草图绘制. 通过软件提供的点、 线、 四 、 边形 圆弧和样条曲线等工具在基准平面上绘制二 维的草图. ( 2 ) 草图特征约束. 所绘制的草图可添加各种 约束条件以确保草图的约束关系, 如固定、 共线、 平 行、 垂直和共圆心等. ( 3 ) 三 维 实 体 成 型. 将 二 维 草 图 通 过 拉 伸、 旋 转、 放样和扫掠操作变为三维实体. ( 4 ) 特征操作. 对通过倒角、 倒圆和阵列等操作 编辑和优化三维实体模型. ( 5 ) 参数设计. 在草图绘制、 实体成型和特征操 作中将长度、 角度和一般参数定义为设计参数 . 具体 “Expose Parameter?” 做法是勾选参数的 选项, 即将 “Design Parameter ” . 通过对其他相关边进 其指定为 “Design Parameter ” 行位置约束, 可实现改变 来改变 整体几何外形的目的, 用户无须设置网格模型、 尺寸 , 及边界条件就可直接生成网格并实施计算 大大缩 短优化改进设计的分析周期. CAD 建模的具体操作. 打 以图 1 为例说明 3DCCM + 后, 开 STAR左击树状菜单中 Geometry 旁边 CAD Models, CAD Models, 的 + 号, 拉出 3D右击 3DCAD 模式. 右 在菜单中选择 New. 此时自动进入 3D击 Features 下 xy, 选择 Create Sketch, 自动进入草图
收稿日期: 2010-10-29

图1

某简单几何模型

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CCM + 的流固耦合应力形变 如何使用 STAR功能? STARCCM + 从 V 4. 04 开始增加流固耦合应

力形变功能, 用户不需要其他第三方软件, 只需在其 统一界面下即可完成流固耦合应力形变的模拟 . 这 CCM + 作为多物理场仿真平台的重要功能 是 STAR之一. 流固耦合应力形变所用到的模型为计算固体 应力的 Solid Stress 模型、 计算流体变形的 Morphing 模型、 计算固体变形的 Solid Displacement 模型. 以 V 5. 04 版本为例说明模型设定的要点.

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2010 年

(1) 流体区域和固体区域的交界面设置为 Inplace Interface. ( 2 ) 设置流体模型和固体模型. 流体模型无须 特殊设置, 固体模型需选择 Solid Stress 模型, 同时需 要设 置 固 体 物 性 的 泊 松 数 ( Poisson ) 和 杨 氏 模 量 ( Youngs Modulus) 值. ( 3 ) 在树形管理窗口中的 Tools → Motions 节点 下添加 Morphing 模型和 Solid Displacement 模型. ( 4 ) 分别将 Morphing 模型和 Solid Displacement 模型对应 到 流 体 计 算 域 和 固 体 计 算 域 中. 如 流 体 Regions → 计 算 域 Fluid → Physics Values → Motion Specification,在 属 性 窗 口 中 将 Motion 设 置 为 Morphing. ( 5 ) 将 流 体 域 中 交 界 面 Physics Conditions → Morpher 的属性值设置为 Solid Stress. ( 6 ) 将 固 体 域 中 不 能 变 形 的 边 界 Physics Conditions→Stress / Displacement 设置为 Fixed. CCM + 的流固耦合应力形变功能 图 2 为 STAR示例.

一种方法是使用 DES 或 LES 湍流模型进行非稳态 得更加细致、 精确的流场压力脉动, 配合监测 计算, 所需要的 点 的 压 力 值 随 时 间 的 脉 动 数 据, 再通过 STARCCM + 内 的 快 速 傅 里 叶 变 换 ( Fast Fourier FFT ) 功 能 ( V 4. 04 以 后 版 本 才 有 此 功 Transform, 能) 转换到频域下的数据, 作为近场噪声的参考值. 该方法需使用比较细密的网格, 再加上 DES 或 LES 的非稳态计算, 计算量非常大. 以下对瞬态模拟中 FFT 的设定和使用步骤进行简介. ( 1 ) 设定压力监测点 ( 见图 3 ) . 首先确定压力 监 测 点 的 位 置, 然后在 Reports 目录中建立此监 测 点 的 压 力 report,在 Reports 目 录 中 生 成
图3 计算模型及监控点

Moni_P子目录. 在 Moni_P 子目录上单击右键, 选择 Create Monitor from Report, 则在 Monitors 目录下生 成 Moni_P Monitor 子目录. 设定 Moni_P Monitor 子 这样压力监测点 目录属性中的 Trigger 为 Time Step, 的数据会按时间步进行更新. ( 2 ) 设定 FFT. 在 Tools→Data Set Functions 上单 击右键, 选择 New Fast Fourier Transform, 则建立名 将该子 为 Fast Fourier Transform 1 的 FFT 的子目录, 目录 的 Amplitude Function 设 置 为 Sound Pressure Level, 其他选项保持默认. 关于 FFT 子目录的其他 CCM + 的帮助文件. 属性设置参考 STAR( 3 ) 定 义 监 测 点 的 FFT. 在 Fast Fourier Transform 1 → Derived 上 单 击 右 键 并 选 择 New derived data from monitor, 建立 derived monitor 子目 录, 然后设置此子目录的 input data 属性为 Moni_P Monitor. ( 4 ) 建立 Monitor Plot 图. 在 Plots 目录上点击右 键并选择 New Plot→Monitor Plot, 生成 Monitor Plot 1 子目录, 将 Monitor Plot 1 →Derived 中的 Derived data 属 性 设 置 为 derived monitor. ( 5 ) 打开 Monitor Plot 1 图, 执行计算 Monitor Plot 1 的 时, 曲线图 ( 见图 4 ) 会被 实时更新.
图4 监控点 FFT 结果

图2

STARCCM + 的流固耦合应力形变功能示例

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CCM + 的噪声计算功能? 如何使用 STARSTARCCM + 能预测气动噪声源, 在 V 4. 06 及

后续的版本中有具体的各种气动噪声源计算模型可 选, 分别适用于计算偶极子 ( 壁面上的压力脉动造 四极子( 流体空间内的湍流作用造成 ) 噪声源 成) 、 等. 不同模型还有其不同的适用性, 有只适用于稳态 计算的, 也有适用于非稳态计算的. 使用稳态 MRF Omega 湍流模型, 方法, 配合通常的 kε 或者 k也可 1 次计算只能选择 预测流场噪声源分布情况. 但是, 计算偶极子或四极子噪声源中的 1 种, 若要得到流 场中某点上的噪声( 该点须在计算域以内 ) , 可使用 四极子噪声源计算方法得到在该点上由于湍流作用 造成的噪声源. 需要注意的是, 以上所说的都是噪声 源的计算. 在最新的 V 5. 06 中可计算噪声传播. 另

( 待续)
( 本文由西迪阿特信息科技 ( 上海 ) 有限公司技术部供稿, 读者若对 STARCCM + 产品感兴趣, china. com. ) 可联系 support@ cdaj-


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