选择物理模型和材料

本模拟需要两个物理连续体：一个用于气体区域，一个用于歧管区域。在流体和固态区域中，分别使用有限体积分离流体温度模型和有限元固体能量模型求解共轭传热。在固体区域中，还会求解对温度变化做出响应的热膨胀。

要定义物理连续体：

  1. 展开连续体节点。
  2. 将现有连续体 Physics 1 重命名为 Fluid Physics。
  3. 创建新的物理连续体
  4. 将 Physics 1 节点重命名为 Solid Physics。
  5. 选择区域 > 歧管节点，然后将物理连续体设为固体物理。
    流体物理连续体已分配给流体区域。
在此模拟中，将气体建模为以 1200 K 的温度进入入口的湍流空气。要指定定义气体行为的模型：
  1. 右键单击流体物理节点，然后选择选择模型...。
  2. 在流体物理模型选择对话框中，按顺序选择以下模型然后单击关闭：
    组合框 模型
    空间 三维（已选中）
    启用模型 解算方案插值（已选中）
    时间 定常
    材料 气体
    流体 分离流
    启用模型 梯度（自动选定）
    状态方程 理想气体
    能量 分离流体温度
    粘滞态 湍流
    湍流 雷诺平均纳维-斯托克斯（自动选定）
    雷诺平均湍流 K-Epsilon 湍流
    启用模型 可实现的 K-Epsilon 两层模型（自动选定）
    两层全 y+ 壁面处理（自动选定）
    壁面距离（自动选定）
    默认流体材料（空气）及其属性适用于此案例。
将气体温度初始化为 1200 K：
  1. 选择流体物理 > 初始条件 > 静态温度节点，然后将值设为 1200 K。
指定用于定义歧管行为的物理模型。要求解整个歧管的温度，激活有限元固体能量。要求解对温度变化做出响应的热膨胀，激活固体应力模型：
  1. 双击固体物理 > 模型节点。
  2. 在流形物理模型选择对话框中，按顺序选择以下模型然后单击关闭：
    组合框 模型
    空间 三维
    时间 定常
    材料 固体
    可选模型 有限元固体能量
    可选模型 固体应力
    启用模型 材料定律模型（被自动选定）
要指定固体材料：
  1. 展开连续体 > 固体物理 > 模型 > 固体节点。
  2. 右键单击 Al 节点，然后选择替换为...
  3. 在替换材料对话框中，选择材料数据库 > 标准 > 固体 > 球墨铸铁，然后单击确定。
  4. 展开球墨铸铁 > 材料属性节点。


要为歧管中的热传导建模，定义固体材料的比热和导热率。对于此模拟，球墨铸铁的默认值较为合适。要为热膨胀建模，定义接近固体中应力应变关系的材料定律。在本模拟中，假设：
  • 应力应变关系为各向同性线性弹性
  • 对热负载做出响应的热膨胀为各向同性

要定义材料定律：

  1. 展开固体物理 > 模型 > 材料定律模型 > 材料定律节点。
  2. 将材料定律 > 默认材料定律节点重命名为各向同性线性弹性体。
  3. 对于各向同性线性弹性定律节点，选择以下模型然后单击关闭：
    组合框 模型
    材料刚度模型 线性弹性体
    材料应变测量 线性应变（小应变）（自动选定）
    线性弹性材料模型 各向同性线性弹性体
    可选模型 热膨胀（自动选定）
    热膨胀材料模型 各向同性热膨胀
  4. 展开固体 > 球墨铸铁 > 材料属性 > 材料定律节点。
    默认情况下，Simcenter STAR-CCM+ 将类型设为默认材料定律各向同性线性弹性体。

    Simcenter STAR-CCM+ 将基于所选材料定律模型激活额外的材料属性。默认值适合此案例。

指定歧管温度的初始值：
  1. 选择固体物理 > 初始条件 > 静态温度节点，然后将值设为 420 K。
要提高有限元求解的精度，在歧管网格上启用中间边节点：
  1. 选择区域 > 歧管 > 物理条件 > 中间边节点选项，并将中间边节点设为添加 - 线性插值。
    Simcenter STAR-CCM+ 将在求解初始化过程中生成中间边节点。
  2. 保存模拟。