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STAR-CCM+ 文档

Simcenter STAR-CCM+ 2510

User Guide

  1. 主页
  2. 教程

    教程按步骤介绍了 Simcenter STAR-CCM+ 针对各种应用的使用方法,并提供特定应用的设置、初始化和求解流程步骤。大部分案例都提供了可下载的宏和模拟文件。

  3. 多相流体

    本节教程介绍用于模拟多相流体流动问题的多种 Simcenter STAR-CCM+ 功能

  4. 混合多相:电动机冷却

    在电动机中,电流流经绕组会产生热量,从而导致能量损失和性能下降。有效的冷却对于保持效率和防止过热至关重要。一种常见的冷却方法是将油直接喷洒到绕组上以吸收和散发热量。

  5. 前提条件

    “混合多相电动机冷却”教程中的操作说明适用于已熟悉 Simcenter STAR-CCM+ 的某些操作方法的用户。

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  • 教程

    教程按步骤介绍了 Simcenter STAR-CCM+ 针对各种应用的使用方法,并提供特定应用的设置、初始化和求解流程步骤。大部分案例都提供了可下载的宏和模拟文件。

    • 使用教程的宏和文件

      支持中心网站提供各种教程的宏、输入文件和最后模拟文件的可选下载包。这些宏和最终模拟文件是书面教程的辅助,因此您可以根据下载文件或使用宏构建并运行的模拟来检查最终结果。

    • 简介

      欢迎使用 Simcenter STAR-CCM+ 入门教程。在此教程中,您可以探究重要的概念和工作流程。在学习其他资料之前,应先完成此教程。

    • 基础教程

      基础教程以一系列简短的教程,介绍了 Simcenter STAR-CCM+ 的主要功能。

    • 几何

      本节教程介绍了可创建和处理零部件与 3D-CAD 的多种 Simcenter STAR-CCM+ 功能。

    • 网格

      本节教程介绍了用于构建 CFD 网格的各种 STAR-CCM+ 功能。

    • 不可压缩流

      本节教程介绍了用于不可压缩流体流动以及孔隙率和求解录制的多种 Simcenter STAR-CCM+ 功能

    • 可压缩流

      本节教程介绍了用于可压缩流体流以及谐波平衡的各种 Simcenter STAR-CCM+ 功能。

    • 热传递和辐射

      本节教程介绍了适用于热传递、辐射和热舒适性的各种Simcenter STAR-CCM+ 功能。

    • 多相流体

      本节教程介绍用于模拟多相流体流动问题的多种 Simcenter STAR-CCM+ 功能

      • VOF:重力驱动流体

        本教程演示如何在 Simcenter STAR-CCM+ 中设置重力驱动流体。其模拟了流经连接两个腔室的通道的由二维重力驱动的可压缩流体。

      • VOF:毛细效应

        本教程演示如何在 Simcenter STAR-CCM+ 中设置毛细效应问题。其模拟了液体甘油的二维强制流动,在大气压力下流经喷嘴,然后进入注满空气的腔室。

      • VOF:空化

        本教程演示如何在 Simcenter STAR-CCM+ 中设置空化问题。其模拟了水的二维强迫流动,在大气压力下流经喷嘴,然后进入注满空气的腔室。

      • VOF:沸腾

        本教程演示如何在 Simcenter STAR-CCM+ 中设置沸腾问题。其模拟了水流经加热表面时水的沸腾情况。

      • VOF:融化-凝固

        本教程演示了如何在 Simcenter STAR-CCM+ 中设置融化和凝固分析。其模拟了水在管道中冻结的情形。

      • VOF:使用自适应网格化的油箱晃动

        为减少 VOF 多相流模拟所需的计算时间和资源,Simcenter STAR-CCM+ 同时提供了自适应网格细化 (AMR) 和自适应时间步进。AMR 提供空间自适应,而自适应时间步进则提供时间自适应。这些模型通过调整模拟过程中的网格和时间步,以最少的计算工作量改进交界面分辨率。此外,Simcenter STAR-CCM+ 提供隐式多步进 VOF 求解器,可用于通过子步进体积分数传输方程进一步降低计算成本,以获得锐化交界面,同时允许更大的流时间步。

      • 拉格朗日:颗粒负载型流体

        本教程演示如何在 Simcenter STAR-CCM+ 中设置简单的拉格朗日多相分析。教程中模拟流经部分阻塞的弯管的颗粒负载型空气流。

      • 拉格朗日:太阳能电池板清洁

        平面扇形喷嘴因其喷雾范围广泛而均匀,通常用于各行各业需要细小液滴喷射的工艺,主要应用包括:清洁、涂层、冷却和润滑。太阳能电池板通常需要定期清理碎屑以保持最佳工作产能,平面扇形喷嘴是典型的喷雾器选择。

      • 拉格朗日:固体颗粒侵蚀

        本教程介绍了如何在 Simcenter STAR-CCM+.中创建侵蚀建模分析。该教程模拟液流中固体颗粒引起的侵蚀。

      • 拉格朗日:乳滴喷雾干燥

        喷雾干燥是一种常用工艺,通过将液体雾化成高温气体介质,使溶剂分离成固体和蒸汽,从而将液体或浆料制成干粉。该工艺广泛应用于食品和制药行业,例如生产速溶咖啡粉。喷雾干燥还用于化学工业,以生产粉末状洗涤剂或制造催化剂。当必须定义具有特定特征(如尺寸)的复杂颗粒时,此工艺最为有用。在 Simcenter STAR-CCM+ 中,此工艺在拉格朗日多相 (LMP) 框架内建模。

      • 欧拉:Hibiki 的鼓泡塔

        本教程演示如何在 Simcenter STAR-CCM+ 中为欧拉多相湍流建模。

      • 欧拉:混合物沉降

        沉降池/分离器广泛用于将流体混合物分离成气相和液相。分离器设计包括水平和垂直配置,考虑了从吸收进入流体的动量到实现所需的相分离的过程中的不同阶段。

      • 欧拉:流化床中的气泡形成

        本教程演示如何在 Simcenter STAR-CCM+ 中对流化床中的气泡形成建模。它模拟将气体注入到流化床,并监视气泡的形成和长大。

      • 欧拉:曝气池脱气

        在工业中,曝气池可促进各种处理中液体介质内的气体交换。脱气是主动去除液体中气体的过程,例如消除在有机污染物的生物处理过程中可能积聚的多余气体,该过程在废水处理中特别常见。

      • 欧拉:壁面沸腾

        本教程根据高压强制对流沸腾的实验空隙和温度数据,在 Simcenter STAR-CCM+ 中验证了壁面沸腾模型。

      • 欧拉:共轭热传递壁面沸腾

        本教程演示如何在 Simcenter STAR-CCM+ 中设置共轭热传递壁面分析。它模拟一个核燃料棒,其在典型流体条件下,在 3.7m BWR6 反应器通道的前一米中使用过冷沸腾进行冷却。

      • 欧拉多流态:压力水反应器

        此教程介绍了如何使用 Simcenter STAR-CCM+ 的多流态模型模拟压力水反应器中的空气-水逆流。

      • 欧拉:具有多速 AMUSIG 的管道流

        自适应多尺度组 (AMUSIG) 模型预测离散多相流动状态下的颗粒(液滴或气泡)的尺寸分布。本教程演示了如何使用 AMUSIG 模型来预测己烷液滴在水中的尺寸分布。水在竖直管中流动,其中同心孔增加湍流,从而加速液滴破碎。

      • 欧拉:悬浮液流变

        本教程演示如何设置对非牛顿浓悬浮液的流进行建模的 Simcenter STAR-CCM+ 模拟。

      • 液膜:液膜流体

        本教程演示如何使用 Simcenter STAR-CCM+ 的液膜建模功能。它模拟了沿三维导管的水流动的矩形膜的过程。

      • 液膜:经过蒸发和边缘剥离的二元液膜流体

        本教程演示如何使用 Simcenter STAR-CCM+ 的液膜建模功能来设置经过蒸发和边缘剥离的多成分液膜场景。它模拟了沿局部加热壁面流下的水膜混合物和乙二醇的进程。

      • 液膜 - VOF:斜面细流

        有时会发生液体在固体表面形成一层薄膜的情况,例如雨水在汽车的挡风玻璃上。这层薄膜能流动并积聚,并逐渐形成一层“厚”膜,或一个不能再被描述为液膜的液体池。这些情况可造成多尺度问题,这些问题如果要在所有尺度上求解(使用 VOF 多相模型),则需要大量的计算资源。

      • 离散多相:翼型结冰

        当飞机通过含有过冷液体水滴的空气时,液滴可能会影响飞机表面并形成冰层。机翼表面结冰会改变机翼的空气动力属性,并会导致升力损失,拖曳力增大,还会改变压力分配。Simcenter STAR-CCM+ 提供模拟翼型冰的方法。该方法使用离散多相模型来展示翼型周围空气的液滴。

      • 混合多相:喷泉

        在 Simcenter STAR-CCM+ 建模中,术语混合多相指的是使用多个不同多相模型的组合对相材料的多流态流体建模。此建模功能拓宽了用户可以模拟的真实多相流的范围。

      • 混合多相:电动机冷却

        在电动机中,电流流经绕组会产生热量,从而导致能量损失和性能下降。有效的冷却对于保持效率和防止过热至关重要。一种常见的冷却方法是将油直接喷洒到绕组上以吸收和散发热量。

        • 前提条件

          “混合多相电动机冷却”教程中的操作说明适用于已熟悉 Simcenter STAR-CCM+ 的某些操作方法的用户。

        • 加载启动模拟

          在开始本教程时,首先需要加载一个启动模拟文件,该文件包含简化的电动机几何、预定义网格操作以及包含多种边界类型的区域。

        • 选择物理模型

          使用大涡模拟 (LES) 湍流模型模拟石油的非稳态湍流。流态由混合多相流 (MMP) 模型、拉格朗日多相模型和液膜模型表示。Simcenter STAR-CCM+ 在运行时使用自适应网格模型自动细化网格。时间步通过使用自适应时间步模型自动调整。

        • 定义空气和油相

          可以对两种材料的流动进行建模:空气和油。每个多相模型都定义了单独的油相,而连续空气相仅由 MMP 模型表示。每个油相需要相同的材料属性和相同的状态方程。

        • 控制自适应网格化和时间步

          当空气和油这两相在 MMP 模型控制下形成 MMP 液斑时,自适应网格化可沿空气和油之间的大尺度交界面局部细化网格。自适应时间步模型会在模拟运行期间自动确定时间步长。

        • 定义相间相互作用和流态转换

          混合多相设置中的相间相互作用可根据局部流动条件和网格分辨率控制多相模型之间油的转换。

        • 设置边界条件和壳区域

          为三个转子入口射流指定 40 m/s 的入口速度,并将 1500 W 的热源应用于电动机绕组。要对电动机外壳上形成的油膜建模,可在液膜模型中为外壳边界定义壳区域。

        • 创建用于已解析过渡和剥离的喷射器

          已解析过渡模型可将 MMP 油斑转换为拉格朗日油滴,但需要创建体积剥离喷射器。类似地,在液膜-拉格朗日相互作用下,液膜剥离喷射器用来标明某个液膜表面,液滴从该表面离开液膜并喷入流主体。

        • 可视化油的流态

          创建绘图以监视绕组温度和油相转换。使用预定义的流态场景,该场景结合了多个显示器,以可视化液膜厚度、LMP 颗粒尺寸、油 MMP 离散相和绕组上的温度分布。

        • 运行模拟

          运行非稳态模拟的物理时间为 0.013 s。本教程使用隐式多步进方法,因为流场的时间尺度大于体积分数传输所需的时间尺度。要辅助求解收敛,可以调整求解器的亚松弛因子并减小 AMG 线性求解器公差。将所有求解器的收敛公差设为 0.01。

        • 分析结果

          模拟结束后,分析结果。

      • 混合多相与大尺度交界面:齿轮润滑

        混合多相 (MMP) 模型适用于离散多相混合物建模,其中相混合由加权物理属性表示。可以将混合物的一组质量、动量和能量守恒方程进行求解,并求解相体积分数的传输方程。

      • 混合多相与大尺度交界面:在三相隔膜中晃动

        三相隔膜广泛用于石油和天然气行业,通过密度和重力原理将油、水和气的混合物分离成不同的相。此外,即使在晃动或其他动态运动等具有挑战性的条件下,这些隔膜也必须保持相的分离。这种高效的工艺增强了碳氢化合物的提取,对环境保护至关重要。

      • 粘性多相:双层管道共拉伸
      • 平滑颗粒流体动力学 (SPH):变速箱润滑

        齿轮机构需要足够的润滑才能长期保持优化性能和效率。Simcenter STAR-CCM+ 提供平滑颗粒流体动力学 (SPH) 模型,通过该模型可模拟润滑剂在齿轮机构部件周围的流动,并确定是否需要调整。

    • 离散元方法

      本节教程介绍了用于模拟离散元方法问题的多种 Simcenter STAR-CCM+ 功能

    • 运动

      本节教程介绍了在模拟涉及移动几何和网格、动态流体相互作用以及刚体运动的问题时可以使用的各种 STAR-CCM+ 功能:

    • 反应流体

      本节教程介绍用于模拟反应流体(例如燃烧)的多种 Simcenter STAR-CCM+ 功能。

    • 固体应力

      本节教程介绍了用于计算固体区域的变形、应变和应力的多种 Simcenter STAR-CCM+ 功能。同时显示此类计算如何与流体结构相互作用的分析内的流体行为耦合。

    • 气动声学

      本节教程介绍了 Simcenter STAR-CCM+ 中用于求解气动声学模拟的各种功能。

    • 电磁

      以下教程介绍的功能用于求解涉及到电磁场的问题。

    • 电化学

      以下教程演示了电流诱导的化学反应。

    • 电池

      本节教程介绍用于设置电池模型的多种 Simcenter STAR-CCM+ 功能:

    • 自动化

      本节教程介绍了多种 Simcenter STAR-CCM+ 自动化和宏功能。

    • 设计探索

      本系列教程介绍了用于在Design Manager中运行设计探索研究的各种功能。

    • 与 CAE 程序耦合

      本节教程介绍用于与 CAE 程序耦合的多种 Simcenter STAR-CCM+ 功能:

    • 分析方法

      本节教程介绍了 Simcenter STAR-CCM+ 中用于分析和可视化模拟数据的各种功能。

    • Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder

      本套教程介绍了使用专用加载项 Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 在 Simcenter STAR-CCM+ 中模拟内燃机的功能。

前提条件

“混合多相电动机冷却”教程中的操作说明适用于已熟悉 Simcenter STAR-CCM+ 的某些操作方法的用户。

方法 教程
Simcenter STAR-CCM+ 工作流 Simcenter STAR-CCM+ 简介
使用可视化工具、场景和绘图 Simcenter STAR-CCM+ 简介

如果您尚未这样做,请下载教程文件包。请参见从支持中心门户下载教程文件。

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