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物理模拟
Simcenter STAR-CCM+ 可对广泛的物理现象进行建模，包括流体力学、固体力学、热传递、电磁学以及化学反应。具有多个时间尺度的方案可以在同一模拟中求解。
材料
材料模型对物质（包括各种混合物）进行模拟。
设置材料属性方法
选择状态方程模型或粘性区域后，材料属性管理器节点将由材料属性节点（可通过其属性进行访问）完全填充。
使用粘度法

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物理模拟
Simcenter STAR-CCM+ 可对广泛的物理现象进行建模，包括流体力学、固体力学、热传递、电磁学以及化学反应。具有多个时间尺度的方案可以在同一模拟中求解。
- 定义物理工作流
  Simcenter STAR-CCM+ 为模拟单相和多相流体流、热传递、湍流、固体应力、动态流体相互作用、气动声学和相关现象提供了一系列物理模型和方法。这些物理模型全部可使用物理连续体选择。
- 设置物理
  本节介绍如何在 STAR-CCM+ 中设置物理模型。
- 运行物理模拟
  文档的此部分介绍运行 Simcenter STAR-CCM+ 模拟的准备和步骤。
- 运动
  通常，运动可以定义为体相对于特定参考坐标系的位置变化。
- 空间
  Simcenter STAR-CCM+ 中空间模型的主要功能是为计算和访问网格度量提供方法。网格度量的示例包括网格单元体积和形心、面网格面积和形心、网格单元和面索引以及偏斜角。
- 时间
  Simcenter STAR-CCM+ 中时间模型的主要功能是提供控制迭代和/或非稳态时间步进的求解器。
- 网格运动和自适应
  许多涉及运动或几何更改的模拟需要移动网格或使网格变形。其他模拟需要局部网格自适应才能获得精确的解。
- 材料
  材料模型对物质（包括各种混合物）进行模拟。
  - 单组分材料建模
    要对单组分材料（即纯物质）建模，可通过在“模型选择”对话框的“材料”部分选择相应的单选按钮来激活气体、液体或固体模型。
  - 多组分混合物建模
    多组分混合物是由两种或更多种同相纯物质组成的易混溶混合物。
  - 多组分固体建模
    某些模拟需要对不同材料的多个固体零部件进行建模。
  - 多相混合物建模
    多相混合物是由多相组成的流体：两种或更多种液相或气相纯物质组成的不混溶混合物。
  - 设置材料属性方法
    选择状态方程模型或粘性区域后，材料属性管理器节点将由材料属性节点（可通过其属性进行访问）完全填充。
    - 材料属性节点属性
      本节列出了各种材料属性节点的设置。
    - 绘制可变材料属性
      当处理使用多项式函数的材料属性时，可以在运行模拟之前生成值的近似绘图预览。
    - 使用常数值
      通常，大多数材料属性值指定为常数。
    - 使用场函数
      可使用场函数来创建材料属性的非标准函数。
    - 使用多项式 (T)
      此多项式函数适用于某些材料属性。
    - 对数多项式 (T) 参考
      可以使用对数多项式 (T) 方法将气体组分的导热率指定为温度函数。仅当在 Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 中选择 ECFM 燃烧模型，并且使用质量加权混合或 Mathur-Saxena 平均法指定混合物导热率时，对数多项式 (T) 方法才可用。
    - 使用热力学多项式数据
      热力学多项式数据提供七个（或九个）系数 — 比热 $C_{p}$ 的五个（或七个）系数多项式曲线拟合、静焓 $h$ 的一个系数多项式曲线拟合，以及熵 $S$ 的一个系数多项式曲线拟合。
    - 使用 IAPWS-IF97
      IAPWS-IF97 (International Association for the properties of Water and Steam, Industrial Formulation 1997) 规范提供了根据压力和温度计算水和蒸汽的各种热力学属性的公式。
    - 使用 Sutherland 定律
      Sutherland 定律函数适用于各种材料属性。
    - 使用表（反应时间）
      （反应时间）表具有反应时间值列，这些值以秒为单位指定表中每个点（行）的反应的物理时间。
    - 使用表 (T)
      (T) 表具有一列温度值和一列数据值。
    - Cp (T) 表参考
      Cp (T) 表有一列温度值和一列比热值。
    - 使用表 (T,c)
      使用浓缩电解质或锂离子电池电芯模型时，可使用表 (T,c) 方法指定液体电解质属性。该表列出给定材料属性的相应温度和浓度值。
    - 使用表 (T,c_n)
      表 (T,c_n) 方法可用于在使用子网格颗粒插层模型时指定平衡电势属性。该表列出了电化学反应中平衡电势属性的温度和归一化表面（摩尔）浓度的相应值。
    - 使用表 (T,P)
      (T,P) 表包含三列，一列用于材料属性本身，另外两列用于给定相应的温度和绝对压力值。 STAR-CCM+ 将对表中的材料属性值进行插值。
    - 使用密度表法计算密度导数
      根据温度（或可压缩流的温度和压力）数据表定义密度时，Simcenter STAR-CCM+ 可对密度数据表进行数值微分计算。
    - 使用热焓表法计算焓导数
      在根据温度或温度与压力值表定义焓时，可使用此材料属性方法指定比热。在通过温度与压力值表定义焓时，还可使用此方法指定焓压力导数。
    - 使用焓差法计算汽化潜热
      在某些模型处于活动状态时，可使用此材料属性方法指定汽化潜热。
    - 使用表 (B,H) 法计算渗透率
      表 (B,H) 方法提供了稳定的迭代方案，用于使用 $B$ - $H$ 曲线设置材料的磁导率。使用此方法，可以提供离散 ( $B$ , $H$ ) 值的表。Simcenter STAR-CCM+ cint插补导入的值并构造连续 $B$ - $H$ 曲线。
    - 使用表格数据
      表格数据方法用于提供材料属性的值。多维双线性插值法用于在表中的数据点之间进行插值。
    - 使用幂次定律
      幂次定律函数可用于各种材料属性。
    - 使用温度转换因子
      存在温度效应时，非牛顿液体模型使用水平和垂直转换因子 $a_{T}$ 和 $b_{T}$ 以根据温度调整粘度。
    - 使用非牛顿广义模型
      Simcenter STAR-CCM+ 支持使用三种方法为非牛顿液体建模。
    - 使用施密特数
      施密特数函数可用于指定混合物中组分的分子扩散率。
    - 使用体积加权混合
      体积加权混合函数适用于非理想气体多组分混合物。
    - 使用质量加权混合
      质量加权混合法通过对组分属性值进行质量加权，计算给定的混合物属性。
    - 使用路易斯数
      路易斯数 $L_{e}$ 定义为热扩散率与质量扩散率 $D_{m}$ 的比率。
    - 使用小火焰表
      小火焰表法插入小火焰表中的属性值。此方法可用于混合物的分子量和比热材料属性。
    - 使用 PCFM 方法
      使用部分预混拟序火焰模型 (PCFM) 时，PCFM 方法将变为活动状态。此方法可用于混合物的分子量和比热材料属性。
    - 使用混合法计算临界温度和压力
      混合法用于计算混合物的临界温度和压力。
    - 使用混合法计算分子量
    - 使用混合法计算表面张力
    - 使用 Mathur-Saxena 平均法计算动力粘度
      使用多组分气体模型时，可以使用此方法。选择此方法可在混合物组分级别提供用于动力粘度的查普曼-恩斯柯格法选项。
    - 使用查普曼-恩斯柯格法计算动力粘度
      将能量模型包括在内后，此方法即可用于单组分和多组分气体。为动力粘度选择 Mathur-Saxena 平均法后，同样会激活此方法。
    - 使用 Refutas 法计算动力粘度
      当包括多组分液体模型并使用体积加权混合法计算密度时，此方法变为可用。
    - 使用 Mathur-Saxena 平均法计算导热率
      导热率的 Mathur-Saxena 平均法是多组分 Mathur-Saxena 平均属性法 $〈 Φ 〉$ 的规范；请参见 [eqnlink]。
    - 使用动力学理论方法计算导热率
      动力学理论方法使用运动学理论计算单个气体组分的导热率。
    - 使用元素成分法
      为了计算分子的分子量，可使用此方法描述其元素成分。
    - 使用各向异性方法
      各向异性方法以两种形式提供：作为占位符对象，用于指示在区域下的张量节点中使用材料属性的各向异性方法；或者作为张量节点，位于物理模型的材料属性下。
    - 使用粘度法
    - 使用导热率法
    - 使用气体运动学法计算比热
      此方法可用于单组分和多组分气体以及理想气体模型、恒密度模型、非热平衡理想气体模型或任何实际气体模型：Peng-Robinson、Redlich-Kwong、Soave-Redlich-Kwong、已修正的 Soave-Redlich-Kwong 和 Van der Waals。
    - 使用安托因方程
      安托因方程适用于饱和压力材料属性。
    - 使用瓦格纳方程
      瓦格纳方程可用于饱和压力材料属性。
    - 使用劳修斯 - 克拉珀龙法
      劳修斯 - 克拉珀龙法使用克拉珀龙方程和蒸气的理想气体状态方程假设来关联汽化潜热和饱和压力。
    - 使用形成热
      生成热指 1 千克物质由其构成元素在各自的标准状态形成时产生的热量 [J/kg]。
    - 使用莱登弗洛斯特温度
      莱登弗洛斯特温度为发生莱登弗洛斯特效应时的温度。此效应在液相和固相之间产生防潮层，以减少热传递和粘附。
    - 使用标准状态温度
      标准状态温度是定义物质标准状态时的温度。最常见的选择为 298.15 K (25.00 C)。
    - 使用二进制扩散系数法计算分子扩散率
      此方法使用混合物组分之间的指定二进制扩散系数，来计算作为整体扩散到混合物中的每个组分的分子扩散率。
    - 使用运动理论方法计算分子扩散率
      运动理论方法使用运动理论计算单个组分的分子扩散率。
    - 使用组分分子扩散法计算分子扩散率
      在其他方法不足以准确地预测多组分混合物中单独组分的分子扩散率时，可以使用此方法进行指定。
    - 使用 Nernst-Einstein 法计算充电组分
      可以将 Nernst-Einstein 法设为根据扩散率确定充电组分的迁移率，或根据迁移率确定扩散率。
    - 使用电化学组分法计算导电率
      使用电动势模型时，要以一致的方式设置需要电中和的应用，将导电率方法指定为电化学组分。
    - 使用热扩散系数
      选择索瑞特效应选项后，必须指定每个组分的热扩散系数。
    - 平衡声速
      此声速计算方法适用于一系列处于平衡状态的可压缩流体（即，其属性仅与温度和压力相关）。
    - 材料参考书目
  - 材料数据库
    工具 > 材料数据库节点内的材料数据库节点包含许多对象，这些对象表示材料数据库中的信息。
- 流体流
  许多工程设计项目都要求预测流动流体对其中包含的结构或浸入对象的影响。虽然可以通过人工计算来分析简单情景，但复杂情景要求应用数值方法来得到精确求解。
- 粘性流
  粘性流是一种有限元方法，用于粘弹性材料和其他高粘度非牛顿流体，如液态塑料和橡胶、面团和类似食品、熔融态玻璃以及泥浆。粘弹性材料与弹性材料类似，但同时具有粘性效应，变形后会缓慢反弹。
- 被动标量
  被动标量是具有任意值的用户自定义变量，被分配给液相或单个颗粒。它们不会影响模拟的物理属性，因此为被动标量。可以直观地将被动标量视为流体中的示踪染料，但是通过数值而不是颜色示踪，并且没有可感知的质量或体积。
- 热传递
  热传递研究的是由介质中或介质之间的温度差导致的能量传递。热传递扩展了热力学分析的范围，采用的方法包括研究能量传递模式以及建立计算能量传递速率的公式。
- 组分
  本章包含 Simcenter STAR-CCM+ 中化学组分模型的相关信息。从物理模型选择对话框的材料模型部分中选择多组分液体或多组分气体时，组分模型将激活。
- 多孔介质
  通过 Simcenter STAR-CCM+，可以运用使用相应损耗（或“扩散”）系数表示多孔介质的操作概念，模拟如何通过多孔介质传输流体或能量（例如，热量或电荷）。
- 伴随
  伴随法是用于预测许多设计参数和物理输入对某些相关工程量（即，模拟的工程目标）的影响的有效方法。换言之，它根据设计变量（输入）提供目标（输出）的灵敏度。
- 风扇和风机
  Simcenter STAR-CCM+ 提供了应用典型风扇定律的轴向和径向风扇模型。
- 虚拟盘体模型
  虚拟盘体模型基于将螺旋桨、涡轮机、旋翼和风扇等表示为执行器盘体的原则。当担心旋翼/螺旋桨行为对流体的影响，而不是了解旋转设备的流体和叶片之间详细的相互作用时，执行器盘体处理是可行的。
- 湍流
  工程中关注的大多数流体流都具有不规则的波动流量。
- 转换
  术语转换指边界层中层流到湍流的转换现象。转换模型与湍流模型一起使用可以预测湍流边界层中的转换开始。
- 壁面距离
  壁面距离是一个参数，表示从网格单元形心到具有非滑移边界条件的最近壁面的距离。各种不同的物理模型都需要此参数才能考虑近壁效应。
- 辐射
  辐射模型是 Simcenter STAR-CCM+ 的所有辐射建模功能的起点或切入点。本节介绍了 Simcenter STAR-CCM+ 的辐射建模。
- 气动声学
  气动声学研究声音的空气动力生成过程。
- 反应流体
  Simcenter STAR-CCM+ 提供了一系列可用于模拟各种反应流体应用的模型。
- 内燃机
  在内燃机 (ICE)（例如汽油发动机）中，燃烧过程发生在发动机内的一个气缸（或多个气缸）中。工作流体为燃料和氧化剂混合物（通常为空气），它会发生反应以形成燃烧产物。
- 多相流体
  多相流这个术语指相间存在不同交界面的同一系统中的多个相的流体和相互作用。Simcenter STAR-CCM+ 将相共存的流选项视为：液体中的气泡、气体中的液滴、气体或液体中的固体颗粒和/或（大尺度）自由表面流。
- 动态流体相互作用
  通过 Simcenter STAR-CCM+ 中的动态流体相互作用 (DFBI)，使用已定义的机械和多物理场相互作用（流、DEM、固体应力、EMAG）产生的位移和旋转来模拟一个或多个 6 自由度体的运动。
- 谐波平衡
  某些非稳态流体具有定期重复的流体模式，即它们具有时间周期性。考虑从风扇叶片流经管道入口的流体。管道中瞬时流体的测量将显示定期重复模式。如果流体干扰足够大，并且传播到管道末端，则管道中任何点处的非稳态流体的测量会显示重复模式。可以使用傅立叶级数表示此类时间周期性模式。
- 固体应力
  使用 Simcenter STAR-CCM+，可以对固体连续体对应用负载（包括机械负载和固体温度变化导致的热负载）的响应进行建模。
- 电磁
  可通过 Simcenter STAR-CCM+ 对涉及电磁现象的工程应用进行建模。例如，可根据经典电磁理论对电动机、电动开关和变压器等应用进行建模。
- 电化学
  电化学是对由于施加电荷或边界处导体（如金属）与电解质之间的电势差而发生的化学反应进行的研究。Simcenter STAR-CCM+ 提供可用于模拟电池、腐蚀、蚀刻和其他电化学反应的模型。
- 电路
  电路是指互联的电气组件（如电池、电源、电阻器和电感器）形成的回路。
- 等离子体
  等离子体是一种物质状态，类似于部分或完全由未相互绑定的带电颗粒（如离子和电子）组成的气体。
- 电池
  可以使用直接在 Simcenter STAR-CCM+ 或在外部软件包 Simcenter Battery Design Studio 中定义的电池电芯和电池循环过程在 Simcenter STAR-CCM+ 中模拟电池。
- 铸造
  铸造模拟通过使用 VOF 模型的瞬态多相模拟进行凝固的模拟。共轭传热在凝固熔化状态和固体成模之间应用。
- 区域源
  本节提供有关如何将区域源用于某些常见问题的一些准则。
- 单元质量校正
  网格单元质量校正模型可帮助获取有关低质量网格的求解。此模型使用一组预定义的条件（如超过特定阈值的偏斜角）标识低质量网格单元。标记这些网格单元及其相邻网格单元后，将修改这些网格单元中的计算梯度，以提高求解的稳定性。
- Simcenter STAR-CCM+ 应用准则
  此部分文档提供了有关将 Simcenter STAR-CCM+ 模型应用于具体应用的准则。
- 通用求解器参考
  在 Simcenter STAR-CCM+ 中，求解器在模拟运行期间计算求解。

使用粘度法

将使用查普曼-恩斯柯格方程 Eqn. (93) 的变体计算各个组分的动力粘度。

将使用下面的方程给定混合物的动力粘度：

μ = \frac{1}{2} (\sum_{1}^{n} X_{i} μ_{i} + {(\sum_{1}^{n} \frac{X_{i}}{μ_{i}})}^{- 1})

(106)

其中：

$μ$ 为混合物粘度
$μ_{i}$ 是组分 $i$ 的粘度
$X_{i}$ 是组分 $i$ 的摩尔分数