与 CAE 软件交互

Simcenter STAR-CCM+ 可以与各种其他计算机辅助工程 (CAE) 软件进行交互。此相互作用包括网格和求解数据的导入/导出以及多物理场模拟的耦合功能。

导入/导出网格和求解数据

Simcenter STAR-CCM+ 可用于从外部 CAE 软件包导入数据文件。外部软件的数据文件可以包括几何、网格和求解数据。导入的数据可以用于独立的 Simcenter STAR-CCM+ 模拟中，或作为与外部软件的耦合模拟的一部分使用。还可以将网格和求解数据从 Simcenter STAR-CCM+ 导出为多种文件格式。

有关更多信息，请参见文件导入和导出。

耦合模拟

耦合是 CAE 与 Simcenter STAR-CCM+ 集成的更高级方式。

耦合方法的目标为多物理模拟，其中各耦合物理在不同的模拟中独立建模。每个耦合模拟求解整个解算方案的一部分，并在求解过程中使用其他模拟的数据。

各耦合模拟通常具有一个或多个共享表面或体积，但它们有各自的网格、求解器或时间尺度要求。可以将 Simcenter STAR-CCM+ 模拟与其他 Simcenter STAR-CCM+ 模拟耦合，或与外部 CAE 软件包中准备的模拟耦合。

耦合方法

Simcenter STAR-CCM+ 提供两种耦合方法：

基于文件的耦合
耦合模拟通过计算机磁盘中存储的文件交换数据。基于文件的耦合用途极为广泛，可用于大多数类型的耦合模拟。Simcenter STAR-CCM+ 为基于文件的耦合提供了两个框架：
  • 外部链接框架：此较新的方法适用于通过 CGNS 文件耦合（请参见 CGNS 文件导入和导出）或与 gPROMS 耦合（请参见 gPROMS 文件导出）。
  • 导入的 CAE 模型框架：此原有方法适用于与 Abaqus、ANSYS、Simcenter Nastran、TAITherm（仅壳）、es-ice 或 pro-STAR 基于文件的耦合。请参见基于文件的耦合（通过导入的 CAE 模型）。通过此方法，可在 Simcenter STAR-CCM+ 中手动执行耦合步骤，尽管可以使用脚本自动执行该过程。
协同仿真
耦合模拟在求解器运行时以指定的时间间隔交换数据。协同仿真可用于 Simcenter STAR-CCM+ 和以下项之间的数据交换：
  • Simcenter STAR-CCM+（两个 Simcenter STAR-CCM+ 仿真之间的协同仿真）
  • Simcenter Nastran
  • Simcenter Amesim
  • FMU
  • Abaqus
  • GT-SUITE
  • 反应通道（DARS 中的 1D 塞流反应器）

协同仿真使用外部链接框架。

协同仿真模型与自适应网格模型兼容（请参见自适应网格细化）。

Simcenter STAR-CCM+ 还提供了应用程序编程接口 (API)，可用于编写程序以与运行的 Simcenter STAR-CCM+ 模拟交换数据。请参见协同仿真 API。

协同仿真不支持使用 IPv6 通信协议的主机规范。

在多个内核上运行协同仿真时，允许 Simcenter STAR-CCM+ 和耦合软件在同一个内核上运行。由于在某些情况下，这可能会导致性能问题，因此建议分别启动每个软件或向每个软件提供专用资源。

常用应用

耦合分析最常见的多物理场场景包括：

流体结构相互作用 (FSI)
流体-结构相互作用 (FSI) 是流体和固体之间的热-机械相互作用。
在 FSI 应用中，在不同的模拟中对流体域和固体域建模。由于固体模拟每个时间步达到收敛所需的迭代次数通常比流体模拟少，因此耦合方法可以显著缩短整个固体-流体分析的求解时间，并且不会损失精度。
热耦合：共轭传热 (CHT)

在共轭传热分析中，固体的热传导时间尺度通常比流体大得多。例如，考虑排出尾管的废气。例如，发动机启动后立即就会有废气从排气管排出，但发动机本身可能需要花费几分钟才能达到最高温度。

通常，流体模拟求解对流通量（传热系数和参考温度），固体模拟求解固体温度。通常可以运行流体的稳态模拟和固体的瞬态模拟。模拟必须以捕捉固体温度缓慢变化的频率来交换数据。

选项：
机械耦合：

在机械 FSI 分析中，可以模拟固体在流体施加力后产生的变形。在此情况下，流体模拟求解流体-结构交界面的流体压力或拉力，固体模拟求解固体位移。

选项：
动态系统和网络

对于动态系统和网络，外部软件执行整体瞬态系统分析，Simcenter STAR-CCM+ 可对需要三维分析的组件的物理特性进行建模。

选项：

对于与系统和网络进行协同仿真，在流体主要是一维的区域应发生耦合，因为这样可以减少因求平均而产生的错误。确保耦合部件处没有反向流，因为平均流不会代表正向流或反向流。

细通道中的化学反应
通过协同仿真框架，还可以将 Simcenter STAR-CCM+ 与 DARS-CFD 中的一维塞流反应器耦合。此应用旨在模拟具有细长通道的管状热交换器中的反应流体。
选项：

耦合方向

模拟可以是单向或双向耦合。在单向耦合问题中，其中有一个模拟对另一个模拟的影响将被忽略。对于双向耦合，耦合的两个模拟对彼此的求解都有影响。

单向耦合 双向耦合




例如，考虑流体和刚性支撑结构之间的热传递。流体在固体中产生热变形，但这些变形不一定会导致流体流发生显著变化。在此情况下，热相互作用是双向的，而机械耦合只是单向的。如果结构支撑松散，固体位移对流体流的影响可能也很重要。在此情况下，机械相互作用也是双向的。

在单向耦合协同仿真中，只有一个模拟从另一耦合模拟中导入数据。第一个模拟将一直运行到第一个耦合点。当达到耦合点时，求解数据将映射到合作伙伴网格的本地副本，然后再传输到合作伙伴模拟网格。第二个模拟使用导入的数据作为其求解的一部分（通常用于设置边界条件），并一直运行到下一耦合点。当达到耦合点时，第一个模拟将再次运行，但不从合作伙伴导入任何数据。该过程将继续进行，直到两个模拟都满足其停止准则。

双向耦合协同仿真遵循相同的过程，但两个模拟均使用合作伙伴的解数据：