STAR-CCM+功能及应用介绍.docx
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STAR-CCM+功能及应用介绍.docx
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STAR-CCM÷功能及应用介绍
1.主要技术指标和性能说明如下1.1软件功能概述
STAR-CCM+⅛CD-adapco集团推出的新一代CFD软件。
采用最先进的连续介质力学数值技术(computationalcontinuummechanicsalgorithms),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+包含有几模、模型前处理、计算撕亍及计算结果后处理,乃至后续的优化过程,全部都在一个界面下完成,如下图所示。
STAR-CCM+对包面(surfacewrapper)>∣表面重构
(surfacere-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,擅长处理复杂几何、大大缩减表面网格和体网格准备时间。
STAR-CCM+包含丰富的物理模型,可以覆盖航空工业的主要应用,如机翼高升力设计,防冰/结冰设计,燃油动力系统设计及睇系统设计等。
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+正在应用于多达几亿网格的超大型计算问题上,如飞机整机气动设计和发动机舱热管理等计算量特大的项目。
STAR-CCM+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。
STAR-CCM+着眼于未来20年内工程领域的挑战。
目前已经赢得国内外航空企业的广泛肯定,如波音,空客,庞巴迪,通用电气航空,普惠等业界标杆企业。
STAR-CCM+不仅是个高效的解算器,也是CFD领域的全新尝试。
1.2STAR-CCM+前处理
•能够直接读取主流CAD软件的模型及数据(CATIAV4andV5,SiemensNX,SolidWorks,AutodeskInventor,PTCCreo,andRhino3D);
•能够读取中间格式:
IGES、STEP、Parasolid>IDF、JTOpen>STL等几乎所有格式的CAD文件;
・CADCHent功能
STAR-CCM+提供与主流建模软件的定制开发接口,包括
STAR-CAT5,STAR-NX,STAR-Cr∞,STAR-Inventoro
CADClient功能强大,可以在建模软件中实现网格划分,模型设定,后台调用STAR-CCM+求解。
此夕卜,通过CADClient可以实现STAR-CCM+与建模软件的实时通信及模型传递,可以大幅提高几何处理及优化设计的处理效率。
•复杂表面快速处理能力
1) 拥有全新的包面功能(surfacewrapper),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(ployhedralmesh);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。
1.2.1STAR-CCM+网格技术优势介绍
•压印(Imprint)功能的大幅提升
1) 在内部循环中对不重新分配的大的对象(如,MKGeom:
:
Triangle3)运用适当的代码格式;
2) 对于一些相对小的只需归类一次的ids组,用sortedstd:
:
vectors替代MK:
:
Subset;
3) 在可能的时候,运用per-partR-trees而不是一个全局的rtree;
4) 在同一个面上多次发生floodfilling地方,避免一些重要的边缘案例;
5) 调整交换角度阀值使交换变得不那么积极些(虽然这没有必要为得到最小的可能的角度去优化,但我们是为了避免接近于180。
的大角度)。
・可以灵活抽取流体域
1)自动化的抽取流体域;
2) 手动模式允许用户定义1个或更多个种子点去指定感兴趣的体积;
3) 在体积怎么被抽取上给客户增加控制。
•基于各part的并列网格生成
1) 这个新的选项主要是用于将各part在不同的核上并列
(Concurrent)生成网格;
2) 对由很多小/中等大小part组成的组装件,可以显著提高网格生成速度;
3) 能对多个part进行;
4) Concurrent生网格就像是一部扑克牌,发牌人就是主线程,他把每一个part都赋给一个线程,当这个part生好格子了就发给它另一个part,直到所有的part都生成网格。
例如,如果有10。
个part,每个part要10秒钟能生成格子,如果不用concurrent方法,那么理论上要花100*10秒钟去完成;如果用concurrent方法生格子,用10个线程,平均每个线程出10个part的格子,那么就只要花10*1。
秒钟,显然这个算法过于简化每个part所需要的时间了,如果不能同步进行出格子,那么这个concurrent方法就没有意义了,因此,如果一个线程在忙于生成一个较大网格量的模型,那么其他的线程就可以去执行其他part的网格任务。
•可以并行生成切割体网格
1) 切割体网格生成器会优化网格生成时需要的线程数;
2) 如果平均每个核分配生成的网格量少于50000个单元,切割体网格生成器会减少用户定义的核数,但是不会像之前版本那样变成单核串行处理;
3) 提高了多核条件下的线性加速和内存使用效率;
4) 内存使用峰值最多可降低50%。
•并行网格划分的负载平衡
1) 减少网格划分的时间;
2) 首先处理耗费计算较多的零部件,零部件按照大小,表面积以及用户优先级排序;
3) 大模型平均加速约1∙3倍或更多;
4) 现在,高级并行网格划分使得用户可以选择通过体积、表面积或者优先级排序控制零部件划分的先后。
它可以平衡网格划分的时间。
•局部包面功能
1) 允许用户对包面过程有更多的控制,同时保证重构网格的精确度
2) 易用-不需要手工包面或用布尔运算把部件连接在一起
3) 精确-只能用于需要做包面的情况下
4) 快速-能够定义较大的包面尺寸,但这些尺寸不会保留
到最终的几何上
5) 当一个表面被声明有局部包面时,包面会正常执行该包面功能,通过包面获得封闭的面后就会把选中的面标记出来用原始的几何面替换掉。
6) 包面会根据用户的定义正常执行该功能.
7) 被选择为需要保留原几何的面在对应的包面中会被自动删除掉(过程中会有自由边生成)
8) 被选为需要保留原几何部件会把原几何文件重新拷贝回当前包面中
9) 在处理自由边的时候会应用许多方法
10) 特征线合并
11) 特征线标记(edgeimprinting)
12) 填洞(holefilling)
13) 一旦自由边修复好了,和用户定义的包面类型不符的那部分面就会被删除
Parts-BasedThinMesher
1)将PBM的灵活性用于薄壁组件,与Concurrent网格方法连用,加速大模型网格的生成。
STAR-CCM+中Thinmesher是在薄体中生成高效网格的非常强有力地工具。
从产品开发历程来看,thinmesher只在RBM网格方法中有效,但是现在这种方法已经重构,并移植到了PBM方法中。
因此,现在用户可以利用PBM框架中的thinmesher的能力并且可以与类似于concurrent网格方法的工具一起使用。
2)Thinmesher具有几个关键好处:
首先它会自动识别薄区域,第二,它会仅用棱柱网格单元来划分这些薄区域的网格。
因此,用户能够得到这一小部分网格同样的准确度2D网格
1)2D网格直接生成
2)3D网格到2D网格自动转换和传递
3)一旦一个零部件被标记为2D,只有被定义边界的表面被分配到计算域中
4)在被分配到计算域之前,所有3D网格将会自动转化为2Do
5)想象这样一个场景:
有一个圆柱,其中一端面命名Syml,这一端位于Z=0平面上,圆柱表面命名为Default,另外一端面命名为Sym2.当标记为2D后,用户可以看到Syml边界由于位于Z=0平面上被标记,并且当这个零部件被分配到计算域中时,将不在显示。
计算域
(Syml)和边界(Default)被创建,创建自定义的设置同样可以被应用于被标记的表面。
进行转换操作的好处是用户可以将任何3D网格类型或其中一部分标记的3D网格在分配到计算域之前转换成2D,现在任何通过STAR-CCM+生成的网格都可以适用。
6)2D特征的详细标记可以参考自动化的2D网格生成操作。
这一操作非常类似于现存的自动化网格操作。
创建“AutomatedMesh(2D)m图框允许用户选择只被标记为2D的零部件。
用户同样可以选择核心网格生成器,如多面形,三角形或四边形网格生成器和边界层网格生成器。
默认设置和自定义设置与自动化网格操作也非常类似。
•网格变形(morpher)控制点工具
1) 该工具可以创建可视化的网格变形控制点
2) 允许用户基于控制点创建创建线、控制体和部件
3) 也可以可视化梯度和位移点
4) 使用该工具的益处是:
5) 允许用户轻松的生成控制点来驱动
6) 形状的改变和网格的变形
7) 基于adjoint算法的优化设计变得更简单和自动化
8) 创建多样的控制点模式,可以驱动和控制网格的变形和约束
9) 创建控制点的选项如:
通过表格输入点阵或点线的坐标
10) 通过现有的点创建:
11) 可根据边界面、几何表面、衍生几何、和特征线上的节点定义,
12)用户自定义控制网格变形距离、最大网格数量和边界面偏移量可通过场函数评估/可视化控制点,包括adjoint
的位置的成本方程
13) 可指定网格控制点的位移量来实现网格变形
14) 新的场函数“累计网格变形位移量”,用户可以直观的观察网格变形量的影响
•嵌套网格与缝隙处理
1) 在9.06版本之前,嵌套网格并不能处理物体的接触现象,通常来说,在背景网格与嵌套网格之间的缝隙处最少需要保留2-4个网格,才能保证计算的正常,为了模拟这种细小的缝隙,对于网格的要求非常高,往往需要大量的网格数量,新版本中将会自动判别在这种细小的缝隙处时候有足够的网格来进行求解,如果没有足够的网格,在细小缝隙处的网格将会被冻结(非激活状态),包围非激活状态网格区域的网格面将会自动被设置成壁面(Wall)条件,因此,细小缝隙就会被封闭。
2) 整个流程都是在计算过程成由软件自动处理,而且每个时间迭代步进行更新
•特有的多面体网格生成技术
1)多面体网格的优势是有很多面,能够更大的几率流动方法与网格面正交,因
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