选择物理模型和指定 SPH 设置

要模拟变速箱中的层流和不可压缩油流，可使用平滑颗粒流体动力学 (SPH) 模型。还要选择颗粒修复模型，以便能够消除脱离变速箱外壳的单独油颗粒。

  1. 要选择物理模型：
    1. 右键单击连续体节点，然后选择新建物理连续体。
    2. 将连续体 > 物理 1 节点重命名为油连续体。
    3. 右键单击连续体 > 油连续体节点，然后选取选择模型...。
    4. 在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
      • 隐式非稳态
      材料
      • 多相
      • 多相交互作用（自动选定）
      多相流模型
      • 平滑颗粒流体动力学 (SPH)（接受默认壁面相互作用边界公式 - 幽灵粒子法）
      • 求解插值（自动选择）
      • 不可压缩流体 (ISPH)（自动选择）
      • 自适应时间步（自动选择）
      粘滞态
      • 层流
      可选模型
      • 重力
      • 颗粒修复
    5. 要将物理连续体分配给变速箱区域，选择区域 > PlanetaryGears 节点，然后将物理连续体设为油连续体。
将油相定义为多相节点中的唯一相。在 SPH 模拟中，空气相是非离散化的，因此不需要定义空气相。Simcenter STAR-CCM+ 将使用表面张力模型对油和空气之间的相互作用建模。
  1. 要定义油相：
    1. 右键单击连续体 > 油连续体 > 模型 > 多相 > 相节点，然后选择新建。
    2. 将相 > 相 1 节点重命名为油相。
    3. 右键单击油相节点，然后选择选择模型...。
    4. 在油相模型选择对话框的材料组合框中，选择液体，然后单击 关闭。
    5. 将油相 > 模型 > 液体 > H2O 节点重命名为油。
    6. 编辑油节点，然后设置以下属性：
      节点属性设置
      油
      材料属性
      密度 > 常数值845.1 kg/m^3
      动力粘度 > 常数值0.074 Pa-s
运行 SPH 模拟时，由于数值不准确，单独 SPH 颗粒可能会脱离相关区域。这些颗粒不受壁面边界的约束。为了防止 Simcenter STAR-CCM+ 跟踪离群值从而执行不必要的计算，可以移除满足某些位置准则、压力准则和/或速度准则的颗粒。在本教程中，

将基于有界限形状几何部件，使用基于位置的准则。

  1. 要移除位于相关区域外部的油颗粒，按如下所示创建有界限形状：
    1. 右键单击几何 > 运算节点，然后选择新建 > 布尔运算 > 有界限形状。
    2. 在创建有界限形状操作对话框中，选择外壳，然后单击确定。
    3. 右键单击操作 > 有界限形状节点，然后选择执行。
    4. 选择连续体 > 油连续体 > 模型 > 颗粒修复节点，然后激活启用基于位置的移除。
    5. 选择颗粒修复 > 基于位置的准则节点，然后将部件设为有界限形状。


  2. 要定义表面张力：
    1. 右键单击油连续体 > 模型 > 多相相互作用 > 相间相互作用节点，然后选择新建 > 油 > 非离散相。
    2. 右键单击相间相互作用 1 > 模型节点，然后选择选择模型。
    3. 在相间相互作用 1 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
      启用模型
      • SPH 相间相互作用拓扑（已自动选择）
      可选模型
      • 表面张力
      • 多相材料（自动选择）
    4. 选择相间相互作用 1 > 模型 > 多相材料 > 材料属性 > 表面张力 > 常数节点，然后将值设为 0.025 N/m。
    5. 选择区域 > PlanetaryGears > 边界 > 默认 > 相条件 > 相间相互作用 1 > 物理值 > 接触角 > 常数节点，然后确保将值设为 90.0 度。
SPH 颗粒仅考虑边界正面的边界条件。对于闭合表面，正面默认朝外。在本教程中，默认表面方向为：


对于齿轮、螺栓和托架，默认方向可确保 SPH 流体颗粒将边界视为壁面。对于齿轮箱，必须翻转方向。

面法线的方向是一个区域设置。由于所有变速箱部件均分配给单个区域，因此必须先对部件进行子分组。然后，反转包含外壳的子组的方向。

  1. 要定向外壳表面的面法向：
    1. 选择区域 > PlanetaryGears 节点，然后激活允许每个部件值。
    2. 选择 PlanetaryGears > 部件子分组 > 子分组 1 > 子组 1 节点。
      只读对象属性包含 PlanetaryGears 区域包含的所有部件。
    3. 右键单击子分组 1 节点，选择新建。
    4. 将子组 2 节点重命名为外壳。
    5. 选择外壳节点，然后将对象设为外壳。


    6. 选择 PlanetaryGears > 物理值 > 部件方向节点，并激活根据部件子组指定。
    7. 选择根据部件子组 > 外壳节点，然后激活反转方向。
在之前创建的部件减运算内，初始化油浴中的油颗粒：
  1. 要在几何部件减运算内生成油颗粒，编辑区域 > PlanetaryGears > 物理值节点，然后设置下列属性：
    节点属性设置
    颗粒基础尺寸值0.2 mm

    此颗粒基础尺寸表示颗粒生成时使用的笛卡尔栅格的目标尺寸。颗粒生成过程将根据指定的颗粒尺寸计算颗粒数。

    颗粒尺寸在整个仿真中保持不变。

    颗粒生成部件减运算

    在求解初始化之后，建议跟踪颗粒数，以分析指定的颗粒尺寸是否适用于流体域。颗粒数应足以表示流体特性，并且为了提高计算性能，颗粒数应尽可能小。

SPH 方法为完全隐式方法。时间步受稳定性条件限制。要确定适当的时间步，以在计算域内满足库朗数 (CFL) 条件，可使用自适应时间步进。

在本教程中，使用以下时间步提供程序：

  • 对流 CFL，根据对流 CFL 数调整时间步。
  • 压力 CFL 根据压力 CFL 数设置时间步。
  • 表面张力 CFL 根据考虑表面张力的 CFL 数设置时间步。
  1. 要为自适应时间步进设置时间步提供程序：
    1. 右键单击连续体 > 物理 1 > 模型 > 自适应时间步 > 时间步提供程序节点，然后选择新建 > 对流 CFL。
      接受默认的 CFL 数 2。
    2. 对压力 CFL 时间步提供程序和表面张力 CFL 时间步提供程序重复上一步，并接受默认设置。
  2. 保存模拟。