『分享』STAR-CD软件介绍：STAR-CCM+简介

STAR-CCM+简介

将现代软件工程技术、最先进的连续介质力学数值技术（computational continuum mechanics algorithms）和卓越的设计结合在一起将带来什么？你将获得STAR-CCM+，优秀的CFD模拟软件。

首先打动你的将是STAR-CCM+的一体化的工作环境。一体化用户界面将显示全部的模拟过程。操作界面与模拟思想的良好整合使得STAR-CCM+非常方便和高效。为实现用户、计算机系统和模拟三者之间良好的交互操作，STAR-CCM+的设计人员尽了最大努力。

更进一步地，为了将物理情况准确地体现在模拟中，得到良好的计算结果，STAR-CCM+致力于以下三个关键因素：

1）
稳健并准确的数值算法

2）
覆盖面宽广的物理模型

3）
易处理的网格体系

STAR-CCM+中的物理模型与数值算法仍在不断开发与扩充，所能解决的应用领域在不断拓宽。

经验表明，用户尽可能地与求解过程进行交互操作，将大大提高工作效率，STAR-CCM+提供的交互式工具包将用户与求解之间的交互能力提高到了一个全新的水平。

与上一代CFD软件相比，现代软件工程技术使得STAR-CCM+更可靠。不同的功能模块各自独立创建，模块间不必要的关联降为最低，从而最大程度地避免预料之外的计算结果。每个软件开发周期中，进行了多次的测试与验证。

STAR-CCM+着眼于未来20年内工程领域的挑战。专家们对他的概括很简单：STAR-CCM+不仅是个新的解算器，而是CFD的全新尝试。

STAR-CCM+的特点

一体化工作环境

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面向对象的图形用户界面

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数据管理系统

Ø 数据的保存、恢复

Ø 快速的、按需进行的数据读取

Ø 二进制

Ø 操作平台的无依赖性

Ø 并行计算的无依赖性

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用户子程序

Ø Java语言描述

Ø 用户自定义边界条件、源项和后处理函数

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运行环境

32bit Windows (2000/Xp) / 64bit
Windows / 32bit LINUX / 64bit LINUX、 AMD Opteron/EM64T、64bit LINUX、 Itanium2 / IBM AIX、 Power-PC / HP HP-UX、 PA-RISC / HP HP-UX、 Itanium2、Sun Solaris、 Sparc

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丰富的图片系统

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文档

Ø 在线帮助系统：浏览与查找功能

Ø F1热键：上下文相关信息

大规模并行计算能力

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STAR-CCM+ 使用 client-server 架构

Ø 仿真文件在server上创建并求解

Ø 在client上操作工作界面

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基于C++的服务器，基于Java的小型化客户端

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STAR-CCM+能实现10亿左右网格的大规模并行计算。除了在解算器方面，在前后处理方面也实现了多CPU并行能力

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易用性。用户只需在界面上指定机器名和CPU数，就可以全面实现并行处理

连续介质力学数值技术（ CCM ）

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多物理、基于连续介质的建模方法。建模时定义流体或固体的“连续体”（continua）并承载网格及计算方法；求解领域（solution domain）划分为各个“区域”（regions）并承载物理空间。区域将赋予连续体，不同的物理空间可以赋予不同的计算方法。

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物理（physics）与网格（mesh）的分离。在模拟设定过程中，网格仅用来定义问题的拓扑结构

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求解领域内不同区域之间将进行信息传递，并且不依赖于网格，网格的选择更为自由

STAR-CCM+多面体网格

STAR-CCM+ “蜂窝猜想”的数学问题一直到1999年6月才得到完全证明：六边形拓补网格可以利用最少的周长划分相同面积。

－“A hexagonal grid represents the best way to divide a surface into
regions of equal area with the least total perimeter”－－ Thomas C Hales University of Michigan

四面体是一种比较简便的自动划分方式。每个四面体有四个相邻单元，对于单元中心的数值是采用线性的近似。但是，当相邻节点的空间位置接近于一个平面时，垂直于这个面的梯度就难以计算准确；当一个单元的面位于边界上时，它的相邻三个单元计算可能出现计算不准，在计算区域的边和角的位置，四面体的问题更突出。

多面体网格克服了传统网格的缺点

1）有更多的相邻单元，梯度的计算和当地的流动状况预测更准确。

2）多面体对几何的变形没有四面体敏感。智能的网格工具使得单元可以自动融合、分裂，或者增加新的点、线、面。

3）对于回流的流动，例如顶盖驱动的空穴流，多面体的计算精度甚至超出Hexa网格。

STAR-CCM+可以接受目前流行网格生成软件的网格（Hexa、Tetra等），也可以解算多面体网格（Poly）。多面体网格和相同数量的四面体网格（Tetra）相比，不但计算结果更精确，而且解算速度快3～5倍。

STAR-CCM＋具有功能强大的网格生成器，可自动划分多面体网格、四面体网格、Trimmed网格。

多面体只需四面体网格数的 1/5 ，但计算精度相当。同时收敛速度、趋势更好于四面体网格。

STAR-CCM+的求解器算法

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STAR-CCM+的耦合（Couple）求解器对于解决超音速激波、自然对流和其它速度、压力、温度强耦合的工程问题更精确。

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先进的基于单元的离散技术

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独特的多面体网格

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耦合式或分离式的流动与能量方程求解器

Ø 隐式耦合算法——块AMG求解器

Ø 显式耦合算法——多步Runge-Kutta求解器

Ø 隐式分离算法——AMG
SIMPLE求解器

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代数多重网格线性方程求解器

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多种收敛判定准则

交互式工具包

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界面导航式的模拟条件定义方式

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局部坐标系（Local
coordinate systems）——笛卡尔、圆柱、球坐标等，方便速度和方向矢量的定义

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工程单位的输入和显示

Ø SI、USCS

Ø 用户自定义

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一体化的分析及可视化工具提供了模拟过程中实时的信息反馈，用户与求解之间可完全交互式操作，用户可以随时暂停求解，调整参数并继续

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场函数（Field
functions）——丰富的预设的标量、矢量场函数，以及用户定义的场函数

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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

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衍生体（Derived
parts）——等值面、剖面、线、点、threshold surfaces、streamline rakes

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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。

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可视化

Ø 网格、标量和矢量的显示

Ø 流线

Ø 周期性和对称性的可视化

Ø 点源

Ø 保存/恢复 视图管理器

STAR-CCM+的网格方案

网格方案流程

表面几何输入

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可以导入的面网格或几何:

Ø .dbs - pro-STAR surface database
mesh file

Ø .inp - pro-STAR cell/vertex shell
input file

Ø .nas - NASTRAN shell file

Ø .pat - PATRAN shell file

Ø .stl - Stereolithography file

面网格

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面网格工具:

Ø Surface remesher

Ø Surface wrapper

Ø Hole filler

Ø Edge zipper

Ø 特征线提取和编辑工具

体网格

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3种体网格模型:

Ø tetrahedral

Ø polyhedral

Ø trimmed

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边界层网格模型： prism
layer

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精细网格调节：

Ø Volume sources

Ø 全局或局部参数设置

网格演化

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Transform – 缩放, 平移和旋转

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对边界（boundaries）和区域（regions）的分裂和合并

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创建，删除和融合交界面（interfaces）

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融合内部边界

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将3维网格转化为2维

和其他网格生成软件的协调性

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可以输入来自以下网格:

Ø pro-STAR

Ø Gridgen

Ø STAR-CD

Ø ICEM

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可以输出到pro-STAR进行后处理

STAR-CCM+的物理模型

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空间

Ø 二维

Ø 轴对称

Ø 三维

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时间

Ø 稳态

Ø 显式非稳态

Ø 隐式非稳态

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运动

Ø 运动参照系模型#

Ø 刚体运动模型

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流动和能量

Ø 无粘，层流，湍流。

Ø 气体，液体，固体和多孔介质。

Ø 耦合传热

Ø 自由表面 (VOF)

Ø 空化(cavitation)

Ø 辐射类型的热交换

Ø FAN性能曲线修正的动量源项。

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不可压缩流/可压缩流

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湍流

Ø Spallart-Allmaras

Ø K-Epsilon

Ø K-Omega

Ø 雷诺应力输运方程

Ø 壁面处理 (Low y+, High y+, All y+)

Ø 壁面距离 (Exact, Approximate)

Ø 边界层转戾（prescriptive boundary-layer transition）

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辐射

Ø Surface-to-surface

Ø Discrete ordinate

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燃烧

Ø Eddy Break Up (EBU)

Ø Presumed Probability Density
Function (PPDF), adiabatic and non-adiabatic

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多重参考坐标系（MRF，旋转机械的分析）

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移动网格（sliding
mesh)