CFD案例的操作可以大致分為以下4個基本步驟1、幾何處理——2、網(wǎng)格劃分——3、求解設(shè)置——4、求解控制。每個步驟下還會包括幾個小步，比如幾何處理包括導(dǎo)入或創(chuàng)建幾何、進(jìn)行幾何修復(fù)、劃分邊界表面等。

?

不同的案例操作根據(jù)具體情況，每一步的長短與復(fù)雜程度不一，有的案例可直接使用軟件默認(rèn)設(shè)置，不用更改。但是作為使用者，每個案例在求解運(yùn)算之前都需要檢查4個步驟及其下面的小步是否已經(jīng)根據(jù)物理問題與假設(shè)設(shè)置正確。養(yǎng)成良好操作習(xí)慣的同時也能避免浪費(fèi)計算資源。以下通過案例舉例STAR-CCM+4個基本步驟的操作.

?

本案例為風(fēng)洞中汽車外流場求解，采用四分之一模型，模型文件與操作步驟參考STAR-CCM+官方教程。

一、?????????? 導(dǎo)入幾何（幾何處理）

Simcenter STAR-CCM+?。導(dǎo)入幾何表示風(fēng)洞內(nèi)物體周圍的流體體積。

在求解此案例之前，確認(rèn)流體在體周圍的兩個平面內(nèi)對稱，因此采用四分之一模型。

此教程的第一步是導(dǎo)入幾何：

1.從菜單欄選擇文件?>?導(dǎo)入?>?導(dǎo)入面網(wǎng)格。

2.在打開對話框中，導(dǎo)航到下載的教程文件的?introduction?文件夾，然后選擇文件?bluntBody.x_t。

3.要開始導(dǎo)入，請單擊打開。

此時將顯示導(dǎo)入表面選項對話框，使用默認(rèn)設(shè)置。

4.單擊確定以導(dǎo)入幾何。

在圖形窗口創(chuàng)建新幾何場景，并顯示導(dǎo)入的幾何。

5.在模擬樹中，展開幾何?>?零部件節(jié)點，以查看新鈍狀體零部件。

二、?????????? 定義邊界表面（幾何處理）

將幾何零部件轉(zhuǎn)換為區(qū)域之前，通常建議根據(jù)其最終邊界條件來標(biāo)識和命名零部件表面。零部件表面可以不斷拆分和組合，直到擁有最能表示邊界拓?fù)涞囊唤M表面。

下圖顯示了將模型傳輸?shù)骄哂羞吔绲膮^(qū)域時所需的拓?fù)洹?/p>

最初，整個導(dǎo)入的表面屬于一個零部件表面。使用幾何零部件右鍵菜單中的拆分操作，可以從導(dǎo)入的表面中選取基礎(chǔ)塊，并為邊界條件形成不同的零部件表面。

下面拆分原始表面并創(chuàng)建已命名的零部件表面：

1.展開幾何?>?零部件?>?bluntBody(鈍體)?>?表面節(jié)點。

2.右鍵單擊?ColoredFace1(著色面1)?節(jié)點，然后選擇Split by Patch。

出現(xiàn)根據(jù)塊分割零部件表面對話框。

3.在幾何場景 1?中，通過將鼠標(biāo)指針移到面上并單擊鼠標(biāo)左鍵來選擇低 X 方向的面。要查看面，可根據(jù)需要旋轉(zhuǎn)幾何?？梢酝ㄟ^觀察場景左下角的三軸坐標(biāo)方向來確定適當(dāng)?shù)姆较颉Ｃ總€軸都從低到高。

4.在零部件表面名稱字段鍵入入口。

5.單擊創(chuàng)建。

面會從場景中刪除（此時不屬于coloredface1），而屬于父零部件的表面管理器節(jié)點內(nèi)出現(xiàn)新表面。

6.為以下表面重復(fù)上述步驟：

使用多選功能將兩個面組合成一個零部件表面，可以將區(qū)域的外壁面定義為單邊界。

7.按住?<Ctrl>?鍵并同時選中2 和5 面。

8.在零部件表面名稱內(nèi)鍵入Slip_wall。

9.單擊創(chuàng)建。

剩余塊保持為默認(rèn)表面的一部分。

10.單擊關(guān)閉。

最后，重命名?ColoredFace1(著色面1)?節(jié)點和?bluntBody(鈍體)?零部件：

11.要重命名零部件：

a.選擇幾何?>?零部件?>?bluntBody(鈍體)?節(jié)點。

b.按 <F2>。

c.重命名零部件subdomain-1。

12.要重命名?ColoredFace1(著色面1)?零部件表面，同時還能使用上一方法，可使用右鍵單擊菜單：

a.右鍵單擊幾何?>?零部件?>?子域-1?>?表面?>?ColoredFace1(著色面1)節(jié)點，然后選擇重命名...。

b.重命名零部件表面，inner_wall。

三、?????????? 將零部件分配給區(qū)域（網(wǎng)格劃分）

按照區(qū)域、邊界和界面來定義可應(yīng)用物理條件的計算模型。設(shè)置過程中的一個重要步驟是將零部件分配給區(qū)域（此步驟常在網(wǎng)格體網(wǎng)格劃分之前完成，可以理解為區(qū)域網(wǎng)格劃分的一部分）。

1.右鍵單擊幾何?>?零部件?>?子域-1，然后選擇將零部件分配給區(qū)域...。

?

此時將顯示將零部件分配給區(qū)域?qū)υ捒颉?/p>

2.從第一個下拉菜單中，選擇為每個零部件創(chuàng)建一個區(qū)域。

3.從第二個下拉菜單中，選擇為每個零部件表面創(chuàng)建一個邊界。

4.單擊應(yīng)用。

5.關(guān)閉對話框。

區(qū)域節(jié)點下的對象樹部分如下顯示。所有表面都會顯示為區(qū)域內(nèi)的單獨邊界。

6.保存模擬。

四、?????????? 設(shè)置邊界類型（求解設(shè)置）

邊界的類型決定了邊界表面旁的棱柱層網(wǎng)格生成器的默認(rèn)行為。對于流入和流出邊界類型，棱柱層網(wǎng)格生成器不會形成棱柱層。因此，設(shè)置期間，先設(shè)置邊界類型再生成網(wǎng)格可節(jié)省時間（也可以在網(wǎng)格生成設(shè)置中定義指定邊界不生成棱柱層網(wǎng)格，先生成網(wǎng)格再設(shè)置邊界類型）。

對于可壓縮流體，最適當(dāng)?shù)牧魅牒土鞒鲱愋褪菧惯M(jìn)口和壓力出口。

指定適當(dāng)?shù)倪吔珙愋停?/p>

1. 在區(qū)域?>?子域-1?>?邊界節(jié)點中，選擇入口節(jié)點，然后將類型設(shè)為Stagnation inlet。

   
   

滯止入口(Stagnation inlet)

滯止入口邊界是指可以良好地支持可壓縮流的入口條件，盡管該條件對不可壓縮的流同樣有效。

滯止條件是指位于上游虛室中的條件，在這個虛室中流體完全處于靜止?fàn)顟B(tài)。對于不可壓縮的流，會使用伯努利方程將總壓力、靜壓和速度值關(guān)聯(lián)在一起。對于可壓縮的理想氣流，會使用恒熵關(guān)系，且特征變量將確定流體的傳播屬性。在可壓縮流中，將始終使用總壓力、總溫度和流向來獲取入口流條件。

?

2.使用相同的方法，將壓力的類型設(shè)為Pressure Outlet。

3.同時選擇?Symmetry_plane1(對稱平面 1)?和?Symmetry_plane2(對稱平面 2)?節(jié)點，然后將類型設(shè)為Symmetry。

滑移壁面和內(nèi)壁面邊界保持默認(rèn)的Wall類型?；票诿媸沁吔鐥l件，將在稍后創(chuàng)建。

五、?????????? 生成體網(wǎng)格（網(wǎng)格劃分）

將幾何零部件分配給區(qū)域后，可以繼續(xù)使用網(wǎng)格操作來定義和生成體網(wǎng)格。網(wǎng)格操作在幾何?>?操作節(jié)點中定義。

定義并生成體網(wǎng)格包括若干步驟。在本案例中，可以立即繼續(xù)定義自動網(wǎng)格操作并選擇網(wǎng)格生成器。其他情形可能需要執(zhí)行一些初步操作。

?

選擇網(wǎng)格生成器：

1.右鍵單擊幾何?>?操作，然后選擇新建?>?網(wǎng)格?>?自動網(wǎng)格。

2.在創(chuàng)建自動網(wǎng)格操作對話框中：

a.在對話框的頂部，從零部件列表中，選擇subdomain-1。

b.在對話框的下部，在選擇網(wǎng)格生成器中，依次選擇以下網(wǎng)格生成器：

最后的對話框如下所示：

c.單擊確定。

3.展開操作?>?自動網(wǎng)格?>?網(wǎng)格生成器節(jié)點。

生成網(wǎng)格常常需要多次迭代，以使網(wǎng)格單元的密度和分布達(dá)到規(guī)定的要求。在本教程中，為了避免重復(fù)，需要指定全局網(wǎng)格設(shè)置，然后再進(jìn)行一些自定義。

?

指定全局網(wǎng)格設(shè)置：

4.在幾何?>?操作?>?自動網(wǎng)格節(jié)點內(nèi)，右鍵單擊默認(rèn)控制節(jié)點，然后選擇編輯...。

5.在默認(rèn)控制對話框中，單擊展開/折疊樹，然后設(shè)置以下屬性：

?設(shè)置屬性后，單擊關(guān)閉。

?

生成網(wǎng)格之前，對網(wǎng)格設(shè)置進(jìn)行兩項自定義：

a.默認(rèn)情況下，在內(nèi)壁面和滑移壁面上都會生成棱柱層。但滑移壁面不需要棱柱層。使用表面控制，可在該邊界上自定義棱柱層網(wǎng)格設(shè)置，以禁止生成棱柱層。

b.要在鈍體本身周圍提供更高的網(wǎng)格分辨率，則應(yīng)用具有較小目標(biāo)表面尺寸的第二個表面控制。

6.要禁止在滑移壁面上生成棱柱層：

a.右鍵單擊幾何?>?操作?>?自動網(wǎng)格?>?自定義控制節(jié)點，然后選擇新建?>?表面控制。

b.右鍵單擊自定義控制?>?表面控制節(jié)點，然后選擇編輯。

c.設(shè)置下列屬性：

7.要加密鈍體表面上的網(wǎng)格：

a.右鍵單擊自動網(wǎng)格?>?自定義控制節(jié)點，然后選擇新建?>?表面控制。

b.右鍵單擊自定義控制?>?表面控制 2　節(jié)點，然后選擇編輯。

c.設(shè)置下列屬性：

現(xiàn)在已定義了所有網(wǎng)格設(shè)置，接下來可以生成網(wǎng)格。

8.單擊工具條的（生成體網(wǎng)格）或在網(wǎng)格菜單內(nèi)選擇生成體網(wǎng)格。

輸出窗口顯示網(wǎng)格生成器的運(yùn)行與進(jìn)展。

9.要顯示體網(wǎng)格，從可視化工具欄上單擊?（創(chuàng)建/打開場景），然后選擇網(wǎng)格。

10.在圖形窗口中，可放大以查看圍繞鈍體前緣的網(wǎng)格。

?

六、?????????? 選擇物理模型（求解設(shè)置）

物理連續(xù)體定義一組物理模型及其關(guān)聯(lián)材料。物理連續(xù)體可以與一個或多個區(qū)域相關(guān)聯(lián)，也可以讓休眠的連續(xù)體不與任何區(qū)域相關(guān)聯(lián)。在物理連續(xù)體中，物理模型會集中定義模擬在運(yùn)行時求解的主要物理量。

?

在?Simcenter STAR-CCM+?中，基于物理連續(xù)體定義物理模型。在本案例，流體是湍流且可以壓縮。將耦合流體模型與默認(rèn) K-Epsilon 湍流模型結(jié)合使用。

?

選擇物理模型：

1. 右鍵單擊連續(xù)體?>?物理 1?節(jié)點，然后選擇選擇模型...

出現(xiàn)物理模型選擇對話框，如以下截屏所示。

2.由于本案例涉及理想氣體（空氣），因此請從材料組合框中選擇氣體單選按鈕。

由于已激活自動選擇推薦模型復(fù)選框，因此物理模型選擇對話框可以在您做出選擇時自動選擇某些默認(rèn)模型，從而引導(dǎo)您完成整個模型選擇過程。

在連續(xù)體內(nèi)激活某些模型時還需要在此連續(xù)體內(nèi)激活其他模型。例如，如果連續(xù)體包含液體或氣體，則還需要流體模型。此連續(xù)體擁有流體模型后，它還需要粘性模型等（無粘性、層流或湍流）。

3.此模擬需要以下選擇：

a.從流體組合框中選擇耦合流。

b.從狀態(tài)方程組合框中選擇理想氣體。

自動選擇耦合能量模型。

c.從時間組合框中選擇穩(wěn)態(tài)。

d.從粘滯項組合框中選擇湍流。

自動選擇雷諾平均納維－斯托克斯模型。

e.從雷諾平均湍流組合框中選擇?K-Epsilon 湍流。

自動選擇可實現(xiàn)的 K-Epsilon 兩層、壁面距離和兩層全 y+ 壁面處理模型。

#要反向進(jìn)行部分或所有模型選擇流程，只需清除希望禁用的模型的復(fù)選框。

4.單擊關(guān)閉。

?

5.要查看模擬樹中的選定模型，展開連續(xù)體?>?物理 1?節(jié)點。

物理 1?節(jié)點的顏色已經(jīng)從灰色變?yōu)樗{(lán)色，這表明已經(jīng)選中模型。

可以在對象樹中查看模型屬性。

選定氣體模型后，默認(rèn)將使用動力粘度等空氣屬性。由于此處使用空氣，因此默認(rèn)不修改。

6.保存模擬。

七、?????????? 指定模擬的初始條件（求解設(shè)置）

連續(xù)體的初始條件指定模擬的初始場數(shù)據(jù)。每個模型都需要足夠的信息，以便在模擬開始時，模型的主要變量在整個計算域中都設(shè)為合理值。

使用初始條件所設(shè)置的典型物理量包括壓力、溫度、速度分量和湍流量。對于某些模型（如湍流模型），可以選擇如何提供初始數(shù)據(jù)。例如，可以提供湍流強(qiáng)度和長度尺度，而不是湍動能和湍流耗散率。

在穩(wěn)態(tài)模擬中，求解應(yīng)該不依賴于初始場即可收斂。但初始場仍會影響收斂速度，并影響消耗的計算資源。因此應(yīng)合理指定初始條件和值，特別是當(dāng)物理條件很復(fù)雜時。

這里的滯止入口邊界具有與馬赫數(shù) 0.75 對應(yīng)的條件。等效自由流速度約為 300 m/s，即用于初始化速度場的值。

指定初始條件：

1.展開連續(xù)體?>?物理 1?>?初始條件節(jié)點。

2.選擇速度節(jié)點，然后將值設(shè)置為?[300.0, 0.0, 0.0]。

本案例可接受湍流的默認(rèn)初始條件（湍流粘度比為 10），因此不需要進(jìn)一步更改。

八、?????????? 設(shè)置邊界條件（求解設(shè)置）

邊界條件可定義圍繞計算域周長的已求解物理量，或求解器如何處理它們。這里將為入口和壁面邊界設(shè)置邊界條件，其余邊界類型使用默認(rèn)值。

為了使入口處馬赫數(shù)約為 0.75，使用等熵關(guān)系確定給定總溫度下的入口總壓力和出口靜壓。如果出口靜壓等于一個大氣壓（絕對值），并且靜態(tài)溫度為 300 K，則入口總壓力為 164,904 Pa（絕對值）。入口總溫度為 344.8 K。

邊界值指定為表壓。因此，使用默認(rèn)參考壓力 101,325 Pa（一個大氣壓），將入口總壓力設(shè)為 63,579 Pa（表壓）。出口靜壓為 0 Pa（表壓），即默認(rèn)值。

要設(shè)置入口條件：

1.展開區(qū)域?>?子域-1?>?邊界節(jié)點。

2.展開入口?>?物理值節(jié)點，然后選擇總壓力節(jié)點。

3.將值設(shè)定為?63579 Pa。

總壓力設(shè)置是工作壓力101,325 Pa的相對值。超音速靜壓也是滯止進(jìn)口條件的必需部分，但只有在求解迭代過程中的某些情況下，入口速度達(dá)到超音速時使用。只要不出現(xiàn)超音速流，相對壓力默認(rèn)值 0.0 Pa 就足夠了。

4.在相同的物理值節(jié)點中，選擇總溫度節(jié)點，然后將值設(shè)為?344.8 K。

要在風(fēng)洞中模擬體，應(yīng)將上邊界設(shè)為滑移壁面，這樣就不必求解此壁面上的邊界層。

5.要設(shè)置滑移壁面條件：

a.選擇滑移壁面?>?物理條件?>?剪切應(yīng)力指定節(jié)點。

b.將方法設(shè)置為滑移。

本案例可接受默認(rèn)湍流設(shè)置。此外，由于預(yù)計不會有回流通過壓力出口，因此同樣可接受默認(rèn)設(shè)置。

?

九、?????????? 可視化求解（求解控制）

使用?Simcenter STAR-CCM+?可以在運(yùn)行求解器之前創(chuàng)建場景。隨著模擬推進(jìn)，這些場景會隨之更新，從中可以提早獲知求解收斂結(jié)果的跡象。這里可以設(shè)置標(biāo)量場景來可視化馬赫數(shù)。

要定義標(biāo)量場景：

1.右鍵單擊場景節(jié)點，然后選擇新建場景?>?標(biāo)量。

圖形窗口中同時打開標(biāo)量場景 1。

除了鈍狀體本身和垂直對稱平面以外，隱藏所有零部件。

2.在模擬資源管理器面板頂部，單擊場景/繪圖。

3.選擇標(biāo)量場景 1?>?標(biāo)量 1?>?零部件節(jié)點。

4.在屬性窗口中，單擊零部件屬性右半部分的（自定義編輯器）。

5.在零部件對話框中，展開區(qū)域?>?subdomain-1(子域-1)?>?邊界，選擇?Inner_wall(內(nèi)壁面)?和對稱平面 1，然后單擊確定。

6.要將馬赫數(shù)定義為要顯示的標(biāo)量：

a.在標(biāo)量 1?節(jié)點中選擇標(biāo)量場節(jié)點。

b.在屬性窗口中，單擊函數(shù)右側(cè)。

c.在標(biāo)量場 - 函數(shù)對話框中，在按路徑過濾條目中，輸入馬赫。

場函數(shù)的列表將更新，僅顯示名稱中含有“馬赫”的場函數(shù)。

d.選擇馬赫數(shù)?>?基準(zhǔn)參考系，然后單擊確定。

7.要更改色圖，在標(biāo)量 1?節(jié)點內(nèi)，選擇顏色帶，然后將色圖設(shè)為紫紅底（差異大）。

由于鈍體對貫穿其中心的水平和垂直平面是對稱的，因此僅模擬鈍體的四分之一。但是，也可以通過應(yīng)用對稱重復(fù)轉(zhuǎn)換來可視化整個鈍體。本例中僅應(yīng)用了一次重復(fù)轉(zhuǎn)換，因此顯示半個模型。

8.要對對稱平面應(yīng)用重復(fù)轉(zhuǎn)換，選擇標(biāo)量 1?節(jié)點，并將轉(zhuǎn)換設(shè)為對稱平面 2 1。

9.要移除輪廓邊，選擇標(biāo)量場景 1?>?輪廓 1?節(jié)點，然后停用輪廓。

標(biāo)量場景顯示如下。

10.在模擬資源管理器面板的頂部，單擊模擬。

11.保存模擬。

十、?????????? 設(shè)置停止準(zhǔn)則（求解控制）

為模擬設(shè)置適當(dāng)?shù)耐Ｖ箺l件。

要設(shè)置停止條件：

1.選擇停止條件?>?最大步數(shù)節(jié)點。

2.將最大步數(shù)設(shè)置為?500。

3.保存模擬。

十一、????????? 運(yùn)行模擬

求解前的準(zhǔn)備已完成，可以運(yùn)行模擬。

要運(yùn)行模擬：

1.執(zhí)行以下某項操作：

?單擊求解工具欄中的?（運(yùn)行）。

?使用求解?>?運(yùn)行菜單項目。

2.要查看結(jié)果，應(yīng)單擊標(biāo)量場景 1?屏幕的選項卡。

3.如果需要獲得更好的視圖，應(yīng)旋轉(zhuǎn)并縮放。

4.運(yùn)行期間，可單擊工具欄內(nèi)的?（停止）停止過程。

如果終止模擬，可單擊（運(yùn)行）繼續(xù)模擬。如果任其自然，則模擬將繼續(xù)運(yùn)行直至滿足 500 次迭代的停止條件。

5.運(yùn)行結(jié)束后，保存模擬。

十二、????????? 可視化結(jié)果

計算結(jié)束時，殘差屏幕會顯示大部分殘差已經(jīng)穩(wěn)定，這是很好的收斂理想指標(biāo)?？梢岳弥皽?zhǔn)備的標(biāo)量場景查看模擬結(jié)果。

求解完成后，可以檢查結(jié)果。

?

查看已完成求解的馬赫數(shù)結(jié)果：

1.激活標(biāo)量場景 1?屏幕。

默認(rèn)情況下會顯示自動輪廓樣式。

要顯示光滑輪廓：

3.選擇標(biāo)量 1?節(jié)點，然后將輪廓樣式設(shè)為平滑填充。

現(xiàn)在標(biāo)量屏幕輪廓看起來很光滑。

同時顯示兩個標(biāo)量值：一個在對稱平面，另一個在內(nèi)壁面：

4.右鍵單擊標(biāo)量場景 1?節(jié)點并選擇新顯示器?>?標(biāo)量，即可添加另一個標(biāo)量顯示器。

5.在屏幕內(nèi)，右鍵單擊新顯示器的標(biāo)量條（藍(lán)色），然后選擇壓力。

6.右鍵單擊屏幕中的內(nèi)壁，選擇顯示器，然后在右側(cè)的復(fù)選框中：

a.停用標(biāo)量 1?下的復(fù)選框。

b.激活標(biāo)量 2?下的復(fù)選框。

此單個步驟將零部件從一個顯示器傳遞至另一個顯示器。

7.選擇場景?>?標(biāo)量場景 1?>?標(biāo)量 2?節(jié)點。

8.將輪廓樣式設(shè)置為光滑填充。

9.將轉(zhuǎn)換專家屬性設(shè)置為對稱平面 2 1。

對稱平面顯示馬赫數(shù)時，鈍狀體顯示壓力值。

10.保存模擬。

?