STAR-CCM+
2019-04-24

STAR-CCM+是西门子推出的新一代CFD软件。采用最先进的连续介质力学数值技术,并和卓越的现代软件工程技术结合在一起,拥有出色的性能和高可靠性,是热流体分析工程师强有力的工具。STAR-CCM+界面非常友好,对表面准备,如包面(surface wrapper)、表面重构(surface re-mesh)及体网格生成(多面体-polyhedral、四面体-tetrahedral、六面体核心网格-trim)等功能进行了拓展。在计算过程中可以实时监控分析结果(如矢量、标量和结果统计图表等),同时实现了工程问题后处理数据方面的高度实用性、流体分析的高性能化、分析对象的复杂化、用户水平范围的扩大化。由于采用了连续介质力学数值技术,STAR-CCM+不仅可进行流体分析,还可进行结构等其它物理场的分析。目前STAR-CCM+正在应用于多达10亿网格的超大型计算问题上,如方程式赛车外流场空气动力分析等计算量特大的项目。 STAR-CCM+着眼于未来20年内工程领域的挑战。专家们对其概括很简单:STAR-CCM+不仅是个高效的解算器,也是CFD领域的全新尝试。

STAR-CCM+基本功能:

一、前处理

●能够直接读取主流CAD软件的模型及数据(ProEUGCatiaSolidworks等);能读取IGESVDASTL等几乎所有格式的CAD文件;

●复杂表面快速处理能力

(1)、拥有全新的包面功能(surface wrapper),可以将工程案例中的复杂且破碎的CAD模型自动转化为封闭的面网格;

(2)、表面特征保持与简化、防止接触、漏点检查、自动或手工修补表面等高级功能;

(3)、具备表面网格重构技术,生成高质量的三角形表面网格能力,且可以将修复以后表面输出STL等格式。

(4)、对单个网格或者局部面网格进行手动修复功能。

(5)、节点操作:移动节点,合并节点,投影节点,增加、删除节点等;

(6)、单元操作:单元的平移、旋转和复制,手工创建、删除单元,单元分裂,局部或整体的密度调整(粗化和细化),修改单元法线方向等;

(7)、网格模型处理:网格平滑、拓扑检查、重划分、修补等;

(8)、质量控制:自动检查网格质量,自动进行整体光顺处理,坏单元自动重划,可视化修改网格质量等。

●体网格能力

(1)、高质量的内部六面体网格功能(trim网格),可以生成计算域中心区域为六面体网格,边界区域为多面体网格;

(2)、四面体网格生成功能;

(3)、混合网格生成功能;

(4)、特有多面体网格(ployhedral mesh);独立生成多面体网格,而不是通过先生成四面体网格后转成多面体网格;

(5)、能够生成分层的贴体六面体单元;

(6)、局部加密技术和自动模板功能。

二、分析功能

●具备全面分析流体流动分析能力,求解器应包含分离式求解器和耦合求解器两种典型的求解方法;

●能完成二维单元条件下的流动计算包括二维轴对称、带有旋流的轴对称问题;

●可以模拟无粘流、层流和湍流。湍流模型针对不同的流动有多种选择,如一方程的Spalart-Allmaras模型、双方程k-ε模型,DES模型、雷诺应力模型(RSM)、大涡模拟(LES)、SAS Scale Adapted Simulation)湍流模型,嵌入式大涡模拟(E-LES)等,SST转捩模型;可以定制或添加自己的湍流模型,具有最新的Realizable k-e model紊流模型;

●物理模型可以是牛顿流体或者非牛顿流体;

●可分析不可压缩与可压缩流动(包括跨音速与超音速)

●能进行换热问题的模拟。包括强迫、自然和混合对流换热问题,共轭传热和辐射换热问题;可以考虑太阳辐射、透明固体辐射及可穿透介质中辐射的传播;交界面网格不受限制;

●可以完成化学组分的掺混和反应,包括各向同性和非均匀的燃烧模型,表面沉淀和反应模型,可以模拟燃烧化学方应过程;

●有自由表面和多相流模型,如VOFEuler多相流模型;

●可以进行拉格朗日坐标系下离散粒子的轨迹计算,壁面行为及液膜分析能力;

●含有针对融化、固化问题的考虑组分输运的相变模型、沸腾模型;

●多孔介质模型可以处理各向异性渗透率、内部阻力、固体热传导和多孔介质压力梯度问题;

●动网格模型可以模拟运动物体周围的流体流动,支持网格重构算法和六自由度计算;

●噪声模拟;

●可以使用惯性(静止)或非惯性(多轴旋转或加速)坐标系;

●具有多坐标系模块和滑移网格模块;

● 具有材料物性的数据库;

●具有强大的用户自定义功能(UDF)

●输入输出参数功能;

● 一阶到高阶融合数值算法,伪瞬态算法,FMG初始化,Hybrid初始化;

●快速I/O接口;

●可进行多学科耦合、流固耦合(支持流体的计算结果直接和Abaqus相交换);

●二次开发能力:开发接口满足工程通用开发软件,如FORTRAN语言,C语言等;模型的控制方程可以修改方程项及增加方程项,并且具有增加控制方程的能力;具有增加或修改物理属性、热力学属性、化学属性等的能力,并且属性的关系式具有较强的灵活性;具有自定义前、后处理变量的能力;具有灵活输入边界、初始数据的能力。

三、后处理能力

●不需要其他软件进行数据格式转化,提供了模拟过程中实时的信息反馈,可实时监测求解过程中的物理量变化,也可在计算完成后进行后处理;

●局部坐标系(Local coordinate systems)和场函数(Field functions):笛卡尔、圆柱、球坐标等,方便定义速度和方向矢量;丰富的预设的标量、矢量场函数,以及用户定义的场函数

●报告(reports)和监控器(monitors):残差、CPU时间、通量、力、力矩、力矩系数、平均值、最大值、最小值、求和、积分等;

●衍生体(Derived parts):等值面、任意剖面、线、点、threshold面、ISO面、流线、单元表面等;所处理和显示的流场信息图像可以方便地导出为高清晰图片;

x-y 绘图:多组数据同时显示(multiple-plot data);残差或任何报告值(report value)的显示,每迭代步或每时间步的实时更新;

●网格、标量云图和矢量图的显示;流线图及动画;周期性和对称性的可视化;瞬态计算过程中保留历史数据创建动画等。

●能将计算结果导出到多种第三方数据处理软件,具备极其丰富的数据输出接口;

●能够对计算域的几何模型以及网格进行显示;

●能制作流场流动情况的动画电影,并输出到视频文件。

四、界面开发能力

用户可以基于JAVA语言,针对自己的产品CFD分析流程开发专用的分析界面,方便产品设计工程师进行CFD分析,减少CFD分析时间。

五、耦合功能

STAR-CCM+Abaqus可以进行流固耦合分析,分析方式有基于文件的耦合(稳态耦合)和瞬态实时耦合(瞬态耦合)。

●在Star-CCM+中的Co-simulation选项提供了与Abaqus的耦合接口。

●基于文件的耦合: Abaqus计算固体的变形和温度分布,然后输出固体边界的温度和位移,作为Star-CCM+的输入边界条件,Star-CCM+计算流场的温度、速度和传热系数,然后将壁面的传热系数和温度传递给固体,这样实现耦合。

●瞬态实时耦合:Star-CCM+Abaqus设定耦合的边界和相互传递的数据,然后两个软件同时提交计算,在计算过程中自动进行边界数据的交换。

STAR-HPC

STAR-HPCSTAR-CCM+ 的高性能并行模块,可以对大规模网格模型进行多核并行计算分析,提高计算的速度。STAR-CCM+不仅可以在计算阶段进行多核并行分析,对前处理也能通过并行来实现,大大提供了工作效率。