STAR-CCM 积冰防冰一体化解决方案
水道STARCCM分析过程
水道STAR-CCM+分析过程一、前处理1、导入面网格选择面网格文件导入模式，选择创建新零部件，其他保持默认下图为导入的水道的几何视图PRT001在零部件中的上，右键，选择修复表面保持默认设置点击右下方的执行，查找有问题的面下面两幅图是显示的有问题的面或者线，其中的2和3是无关紧要的，取消勾选，并且可以看出第1项（穿刺面）有一个错误，从下面的第三幅图也可以看出。
一定要做但是很基础，有穿刺的面（关于表面的修复是个比较费时且复杂的活，好）通过观察把相应的面删除选中需要删除的面之后，点击删除面，ctrl键，并多选这几条曲线（需要构成一个回路）下图为删除之后的面，按住选择填充孔，就可以把这个面补上。
下图为填上的面，此时穿刺面已经没有了，并且没有自由边了。
2、拆分表面因为建立这个模型的时候，表面分的比较多，所以可以先合并表面，在拆分表面之前，把所有的表面全部选上，右键，点击结合。
有两种方法可以拆分表面方法1 直接在表面选择以角度分割选择根据角度进行分割70（根据模型的形状进行设定，根据经验）点击确定把角度改成下图为根据角度分割出的六个表面（一会还有根据表面的类型和用途，进行合并）下图是把表面按类型进行结合和重新命名之后的图方法2 在修复表面里进行表面拆分右键零部件PRT0001，点击修复表面选择一个面（双击一个面，软件会自动的根据一些规则把这个面全选上）在组织里，按图中的设置勾选，点inlet）点击新建，会出现右边的对话框，输入这个面的名字（在这里命名为击确定。
点击修改，即可储存这个零件表面命名的设置其他几个面和这个方法一样，不再赘述。
．如果有零件没有出现，可能是由于以下几种原因可能是几何场景没有打开，双击即可打开几何场景，并且要检查几何和轮廓的可见性，在几何和轮廓右击，即可切换可见性。
如果看到几何场景已经打开，但是看不到零件拖拽零件到几何场景中，释放鼠标，选择添加到几何（几何是三维表面图，轮。
廓是轮廓线）如果单一表面不出现，也是通过拖拽进行显示的。
STAR-CCM+积冰防冰一体化解决方案
水滴碰撞 水滴剥离
Dispersed Multiphase
Volume of Fluid
积冰计算结果
• Dispersed Multiphase (DMP) 模拟液滴碰撞表面 • Fluid film 模型计算碰壁后形成的液膜 • 传热模型计算结冰比例，固体成冰，液体留在液膜内 • 壁面根据凝固质量变形并更新形状
• 7个低速热气喷口
• 热气喷射到半球形机翼表面
几何与物理边界条件
• 喷口直径: 1 cm • 机翼前缘直径: 10 cm • 喷口到机翼表面距离: 5 cm • 高温射流Re
• 10,000 • 23,000 • 高温射流Ma< 0.2 • 热气流温度 40 ℃
Jets
物理模型，网格，求解器设置
• STAR-CCM+ 计算结果与试验对比
• “Experimental Investigation of Ice Accretion Effects on a Swept Wing”, Papadakis, M., et al, DOT/FAA/AR-05/39, 2005
737 客机发动机整流罩积冰分析
STAR-CCM+积冰防冰一体化解决方案
内容简介
▪ STAR-CCM+积冰防冰计算简介 ▪ 波音737整流罩积冰案例 ▪ NASA CT机翼积冰案例 ▪ 笛形管防冰验证案例 ▪ 笛形管防冰设计空间探索
飞机积冰
特定气象条件下在飞机表面发生的水分凝结成冰的现象，分为：明冰，霜冰，混合冰
多发于迎风表面，包括： 飞机的升力表面，机翼、尾翼 螺旋桨/旋翼 发动机进气道，整流罩/整流锥 风挡玻璃 外露传感器
积冰过程
未保护表面
热保护表面
STAR-CCM+ 除霜教程
A 除霜模型介绍
Einitial = ρitA(c pT + L)
初始能量 霜层 霜层 边界 比热 温度 潜热 密度 厚度 面积
dloss = Cemp A * qw
霜层 厚度
经验系数 边界面积 边界热流
STAR-CCM+除霜(Defrosting) 解析教程第二版
09.05
CDAJ-China 北京 技术部
目录
1. 概述 2. STAR-CCM+除霜解析实例教程
2.1 解析模型介绍 2.2 解析方案 2.3 稳态解析设定 2.4 非稳态解析设定
附录
A 除霜模型介绍 B 如何拉玻璃层网格 C 国标《GB 11555-200×》
1 2 3
4 5
6
2.3 稳态解析设定_空气域物理模型设置 3
7 8
9
2.3 稳态解析设定_定义空气材料属性 1
2
1
2.3 稳态解析设定_定义空气材料属性2
用户可在此处修改空气属性参数
2.3 稳态解析设定_固体区物理模型设置 1
1
2.3 稳态解析设定_固体区物理模型设置 2
1 2
3 4
2.3 稳态解析设定_固体区物理模型设置 3
1 概述
l 霜的形成
Ø 当固体的表面温度低于周围 空气的露点，并低于水蒸气 的凝固点，那么在表面上就 会形成霜。在非常寒冷的天 气，车辆挡风玻璃外表面会 出现结冰现象。
1 概述
l 除霜的解析
Ø 采用CFD方法，对除霜过程进行动态仿真，可以帮助设计人员快速 获得： u 当前吹风口的除霜效果； u 不同结霜厚度下除霜的时间 u 影响除霜效果的原因
star-ccm+冷却水套流动和应力计算教程
流体温度
固体温度
利用STAR-CCM+进行发动机水套CFD分析
为什么采用STAR-CCM+？
前处理—包面的优势、方便的网格参数设置、自动化 的网格生成 网格特点—多面体网格的优势 求解器—高精度 后处理—计算监控和后处理的一体化，实时显示 生成report—提供丰富的关键参数report生成功能，便 于分析计算结果
流体温度
等值面压力 (iso value=0.2)
考虑沸腾—单缸非等温瞬态流动(案例4)
水蒸气的体积含量
固体/流体界面换热系数
主要内容主要内容单缸非等温热应力分析案例3流固耦合换热的概念和应用流固耦合换热的概念和应用流固耦合换热流体和固体之间的换热过程也叫共轭换热应用领域汽车化工能源动力航空航天等cfdcfd求解耦合换热的案例及意义求解耦合换热的案例及意义发动机水套内流动发动机温度分布涡轮应用温度分布换热器cfdcfd求解耦合换热的案例及意义求解耦合换热的案例及意义流体温度固体温度发动机排气歧管涡轮流动利用利用starstarccmccm进行发动机水套进行发动机水套cfdcfd分析分析前处理包面的优势方便的网格参数设置自动化的网格生成生成report提供丰富的关键参数report生成功能便于分析计算结果利用利用starstarccmccm进行发动机水套进行发动机水套cfdcfd分析分析主要考察水套固体热应力分布情况利用利用starstarccmccm进行发动机水套进行发动机水套cfdcfd分析分析基本操作流程导入几何导入几何网格参数生成网格网格参数生成网格特征线划分边界表面重构划分边界表面重构前处理模型边界物理模型物理模型边界条件边界条件求解设置求解设置计算监控监控参数后处理监控参数后处理生成report生成report执行计算执行计算按需执行六缸完整水套等温定常流动六缸完整水套等温定常流动案例案例1几何模型的导入进口出口检查网格质量如有必要可进行包面处理
基于STAR-CCM+汽车除霜系统CFD仿真分析与优化
基于STAR-CCM+汽车除霜系统CFD仿真分析与优化
代伟峰;杨晓萌;刘晓
【期刊名称】《重型汽车》
【年(卷),期】2022()3
【摘要】汽车空调除霜性能对汽车驾驶和交通安全起着重要作用,文章基于STAR-CCM+通过CFD方法对某重型卡车的空调除霜性能进行分析,找出除霜系统的优化方案。
通过对除霜系统出风口位置、出风口格栅结构、风管管道及出风格栅方向进行优化设计改进,除霜性能在-30°得到改善与提升,最终得到满足设计要求的除霜系统。
【总页数】3页(P26-27)
【作者】代伟峰;杨晓萌;刘晓
【作者单位】中国重汽集团汽车研究总院
【正文语种】中文
【中图分类】U46
【相关文献】
1.基于CFD的汽车空调除霜性能分析及优化
2.微型汽车前挡风玻璃除霜风道的CFD仿真与优化
3.基于CFD分析的汽车除霜风道优化设计
4.基于STAR-CCM+的汽车除霜风道CFD分析及优化
5.基于STAR-CCM+的汽车挡风玻璃除霜性能提升的仿真分析与研究
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STAR_CCM_使用技巧
第19卷第2期2010年6月计算机辅助工程Computer Aided EngineeringVol.19No.2Jun.2010STAR-CCM +使用技巧收稿日期：2010-04-281如何充分利用STAR-CCM +的一体化集成优势？STAR-CCM +的操作是流程化的，整个CAE 分析流程都集成在1个界面中，用户可以完全摆脱学习和掌握专业CAD 造型软件，其他网格生成、表面处理等前处理软件以及结果处理、动画制作等后处理软件的漫长和痛苦的过程.其中，3D-CAD 模块的加入，更加强化一体化带来的高效便捷的优势.如在旋风式分离器的设计中，出口深度通常是个需要改变的参数，以寻求更优的分离效率.用户可以在STAR-CCM +中绘制分离器草图时，勾选出口深度的Expose parameter ？选项，即将其指定为Design Parameter.通过对其他相关边进行位置约束，即可实现改变Design Parameter 来改变整体几何外形的目的（见图1），用户无须设置网格模型、尺寸及边界条件，就可以直接生成网格并实施计算，大大缩短优化改进设计的分析周期.图1通过Design Parameter 改变几何外形2多面体网格有哪些优势？STAR-CCM +中的多面体网格技术非常先进成熟.多面体网格具有六面体网格的精确度兼具四面体网格的易生成性，在STAR-CCM +中是最常用的网格类型.多面体具有比四面体网格更好的收敛性和更小的网格依赖性，大大降低用户的硬件资源要求和计算时间.用某赛车外流分析实例说明选择多面体网格的优势，见图2.在该例中，若采用四面体网格，则需要210万个网格才能消除网格依赖性，占用内存1.3GB ；若采用多面体网格，则仅需35万个网格就可消除网格依赖性，占用内存900MB.图3和4分别为四面体网格和多面体网格在相同计算条件下监控得到的阻力因数和升力因数曲线的收敛情况，可以看出，后者收敛速度远快于前者.图2某赛车外流场分析图3四面体网格阻力因数和升力因数收敛曲线图4多面体网格阻力因数和升力因数收敛曲线3STAR-CCM +中如何局部加密体网格？STAR-CCM +中可以对局部区域内的表面参数、体网格参数等进行单独控制，常用于对空间网格进行局部加密，见图5.图5体网格局部加密加密过程如下：首先，在管理树Tools>Volume Shapes上点击右键，在New Shape下选择要加密区域的形状，如长方体（Brick）、锥体（Cone）、柱体（Cylinder）和球体（Sphere）等.进入编辑状态后，用鼠标拖动或坐标输入的方式确定加密区域的大小范围，并点击Create建立，在Volume Shapes节点下会生成1个子节点（如Brick1），即新建的区域.然后，右键点击Continua>Mesh1>Volumetric Controls选择New新建，出现子节点Volumetric Control1，在其属性窗口中将Shapes项选入前面新建的加密区域Brick1.在Volumetric Control1>Mesh Conditions中选择与体网格相关的Mesher（如Polyhedral Mesher，Trimmer等）并在其属性窗口中将Customize…项勾选.在Volumetric Control1节点下会生成Mesh Values子节点，修改其参数可以单独控制加密区域的体网格尺寸，实现局部加密的目的.4STAR-CCM+中如何处理无厚度表面生成双面边界层网格？在生成体网格时，如果遇到空间中的无厚度表面，按下述方法处理可解决拓扑封闭问题，并可在表面两侧生成质量很高的边界层网格（图6）.图6无厚度表面边界层网格右键点击Regions>Region1>Boundaries节点下的空间面名称，选择Convert to Interface（s），将此无厚度面转换成Interface.修改Interfaces节点下此无厚度面interface的属性，将Type选择为Baffle.在该Interface节点下的Mesh Conditions下Interface Prism Layer Option属性打勾选中.从Interface节点向双面产生边界层，默认的边界层参数是在Mesh Continua里设定的全局参数.如果需要定义向双面生长的不同参数，需要修改Regions>Region1>Boundaries里，对应于生成Interface节点的2个Boundary节点的Mesh Conditions里的Customize Prism Mesh参数来实现.（待续）（本文由西迪阿特信息科技（上海）有限公司技术部供稿.读者若对STAR-CCM+产品感兴趣，可以联系support@.檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿）（上接第97页）5在MSC Patran中如何撤销已选择的单元或节点？当模型较大且选择较多单元或节点时，如果使用Backspace键撤销选择会浪费较多时间，但采用以下2种方法可以快速撤销已选单元：（1）双击选项框；（2）充分利用快捷键Tab，同时按下Tab键和Shift键.通过这2种方法就可以1次选中要删除的所有单元或节点，然后1次性删除即可.6在LS-DYNA中简化积分时怎样避免或减小沙漏？在显式动力分析中采用简化积分可以极大节省数据存储量和运算次数，并且在大变形分析中更加适用.但是，简化积分会出现沙漏（零能模式），因此需要有效控制分析中可能出现的沙漏变形，控制沙漏的方法有：（1）尽可能使用均匀的网格划分；（2）尽量避免单点载荷；（3）由于全积分单元不会出现沙漏，用全积分单元定义模型的部分或全部以减小沙漏；（4）全局增加模型的体积黏性.7在HyperMesh中如何改变壳单元的方向？前处理有限元软件HyperMesh划分好面网格后，可能会存在同一个面上单元方向不一致的情况（颜色光亮度有一定差异），在后续施加面载荷或定义单面接触时需要改变壳单元的方向，使同一面上壳单元的方向一致.修改方法为：（1）在主菜单区选择Tools->normals；（2）通过组件或直接选择同一面上的单元，并采用color display normals显示方式，点击display normals，由此直观地通过蓝红2种颜色的单元将不同方向的单元区分开来；（3）在orientation中选择面上的1个单元，点击adjust normals，则所在面上壳单元的方向都改为orientation 中所选单元的方向.（摘自同济大学郑百林教授《CAE操作技能与实践》课程讲义.）99第2期STAR-CCM+使用技巧。
STAR-CCM+新一代CFD软件
STAR-CCM+——新一代CFD集成化平台STAR-CCM+简介 (1)STAR-CCM+的主要功能与特点 (1)STAR-CCM+的网格方案 (7)STAR-CCM+的专业模块 (12)STAR-CCM+在工业中的应用 (14)STAR-CCM+简介STAR-CCM+是CD-adapco集团推出的新一代CFD集成化平台。
采用最先进的连续介质力学算法(computational continuum mechanics algorithms)，并同卓越的现代软件工程技术相结合，拥有出色的性能和高度的可靠性，是热流体工程师强有力的分析工具。
在完全不连续网格、滑移网格和网格修复等关键技术上，STAR-CCM+经过来自全球10多个国家，超过200名知名学者的不断补充和完善，已成为同类软件中网格适应性、计算稳定性和收敛性方面的佼佼者。
近年来，STAR-CCM+一直是计算流体动力学模拟的通用平台，并获得了良好的声誉。
如今，STAR-CCM+本身已经不仅仅是计算流体动力学软件，其最新发布的版本基于领先的计算流体动力学求解器引入了结构分析计算的求解能力，同时还添加了噪声求解功能。
一个流动、传热、应力和噪声模拟一体化的通用软件首次呈现在用户面前。
STAR-CCM+强大的网格生成工具，完备的物理模型和先进的CFD技术使得其被广泛应用于所有流体计算领域，涉及的行业有航空航天、汽车、生物医疗、建筑、化学、电子器件、能源、石油天然气、环境、船舶和旋转机械等。
最新发布的STAR-CCM+版本在网格生成技术、物理模型、连续介质数值算法、大规模并行计算能力、集成的用户界面等方面都取得了重大进展，进一步巩固了STAR-CCM+在通用计算流体力学方面的领导地位。
STAR-CCM+的主要功能与特点友好的用户界面z集成的图形用户界面—将前后处理与计算分析集成在同一个环境中；z跨平台的用户界面—界面采用JA V A语言编写，可实现通过C-S模式进行跨操作系统的工作，并行计算可多个操作系统进行；z可采用C/C++/FORTRAN语言编写用户子程序，并可使用Java语法编辑场函数；z丰富的图片系统。
STAR-CCM+_deicing
STAR-CCM+模型(续)
STAR-CCM+中有2种方法进行除霜/除雾的计算。 2. Fluid Film
– –
–
使用方程来描述液膜的变化，考虑液膜和周围空气的作用，详细模拟液膜的运动。 应用范围包括gravity driven flow, shear forces on the film interface, external forcing through user-defined momentum source terms and evaporative cooling.。 可以使用其中的Melting-Solidification模型。
• •
几何准备 网格划分 物理模型设置 初始条件 边界条件 求解设置 后处理
案例3： Fluid Film - Deicing
模型简介
固体玻璃域：
厚度5mm
初始霜层存在于外界空气和固体玻璃的interface面上， 厚度为0.4mm。 外界空气域： 不考虑重力。
边界为压力边界
案例3： Fluid Film – Deicing
物理模型
•
添加Glass区域对应的物理模型，将材料修改为Glass
案例3： Fluid Film – Deicing
物理模型
•
添加Air区域对应的物理模型，层流、具有Fluid Film
Fluid Film模型设置于Air域中
案例3： Fluid Film – Deicing
出口
客舱空气域 空气进口：
10m/s, 温升曲线
案例3： Fluid Film – Deicing
几何准备
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考虑挡风玻璃、外部空气计算域的几何特点，适合采用拉伸的方式生成体网格
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结冰计算模型
Discrete Element Method
Eulerian Multiphase
Mixture Multiphase
水滴碰撞
Lagrangian Multiphase
水滴碰撞 水滴剥离
Fluid Film
水滴碰撞 水滴剥离
Dispersed Multiphase
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• 0° AoA • V∞ 75 m/s • Static temperature 7.0 C • Static pressure 95.840 kPa • Particle diameter 20.36 μm • Compressor face MFR 7.8 kg/s
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验证: 2D CT翼型 – 几何
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STAR-CCM+积冰防冰一体化解决方案
飞机积冰
பைடு நூலகம்
特定气象条件下在飞机表面发生的水分凝结成冰的现象，分为：明冰，霜冰，混合冰
多发于迎风表面，包括： 飞机的升力表面，机翼、尾翼 螺旋桨/旋翼 发动机进气道，整流罩/整流锥 风挡玻璃 外露传感器
主要危害： 改变机翼的升力/阻力特性，引气操纵失控 改变发动机进气量，脱落的冰体击伤运动部件 影响驾驶视线 导致传感器失灵
● LEVEL 2 – 模拟冰型增长
External Airflow
Super-Cooled Droplets
Fluid Film
Film Solidification (morpher)
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Siemens PLM Software
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Siemens PLM Software
飞机积冰危害 飞机在飞行中因结冰导致的空难事故概率超过15%，最近的两起典型积冰导致的空难：
2009年6月 2006年6月
法航A330客机空难 空警-200预警机空难
皮托管结冰使飞机未 能侦测空速
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Siemens PLM Software
DMP 收集效率 737 验证案例
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Siemens PLM Software
DMP 收集效率 737 验证案例
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积冰涉及的物理问题
内流/外流 液滴的撞击和分布 液膜的形成 共轭传热 凝固/融化，液膜蒸发/冷凝
STAR-CCM+积冰解决方案
流场(3D Navier-Stokes)
Dispersed Phase分散相
Fluid Film液膜/相变
更新冰的形状
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飞机机翼结冰
12名机组人员及216 名乘客全数罹难
5名机组成员和35名空 军专家全部遇难
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Siemens PLM Software
积冰/防冰分析研究面临的问题
积冰 • 液膜/相变 • 冰的形状更新 • 气动性能分析
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Siemens PLM Software
DMP 收集效率 737 验证案例
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Siemens PLM Software
DMP 收集效率 737 验证案例
Restricted © Siemens AG 2017
Siemens PLM Software
737 客机发动机整流罩积冰分析
Solver Setup求解器设置
• 3D Segregated Solver • Steady • K-ω SST turbulence • Dispersed Multiphase
Physics Conditions物理条件
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积冰计算结果
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Siemens PLM Software
积冰计算结果
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Mesh Morph / Remesh网格变形/重构
One Tool One Model One Process
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积冰计算流程
● LEVEL 1 – 计算水滴收集效率
External Airflow
Super-Cooled Droplets
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Volume of Fluid
Siemens PLM Software
积冰计算流程
• Dispersed Multiphase (DMP) 模拟液滴碰撞表面
• Fluid film 模型计算碰壁后形成的液膜
• 传热模型计算结冰比例，固体成冰，液体留在液膜内
• 壁面根据凝固质量变形并更新形状
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• STAR-CCM+ 计算结果与试验对比
• “Experimental Investigation of Ice Accretion Effects on a Swept Wing”, Papadakis, M., et al, DOT/FAA/AR-05/39, 2005
防冰系统 • 内流/外流 • 共轭传热 • 防冰设计优化
普通的工业方法对于上面的每一步都使用一个单独的程序
• 速度慢，麻烦，昂贵，容易出错（映射等）
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STAR-CCM+: 简化流程