Star-CCM+

關於Star-CCM+


STAR-CCM+ 為一解決跨領域、綜合工程的熱流分析軟體,除了有強大的計算流體力學功能外,還可以整合多學科領域:

  • 聲學噪音
  • 電磁學
  • 電化學
  • 燃燒學
  • 流體力學
  • 固體力學
  • 顆粒力學
  • 流變學( Rheology
STAR-CCM+CD-adapco 公司於2004年推出第一版後不斷演進,至今已成為CFD軟體中,兼具效能與精準度的頂級軟體

STAR-CCM+(Computational Continuum Mechanics)是 CD-adapco 集團推出的新一代 CFD 軟體。採用最先進的連續介質力學數值技術 (computational continuum mechanics algorithms),並和卓越的現代軟體工程技術結合在一起,擁有出色的性能和高可靠性,是熱流體分析工程師強有力的工具。 STAR-CCM+介面非常友好,對表面準備,如包面(surface wrapper)、表面重構(surface re-mesh)及體網格生成(多面體-polyhedral、四面體-tetrahedral、六面體核心網格-trim)等功能進行了拓展;且在平行計算(HPC)上取得巨大改進,不僅求解器可以平行計算,對前後處理也能通過並行來實現,大大提供了分析效率。在計算過程中可以即時監控分析結果(如向量、標量和結果統計圖表等),同時實現了工程問題後處理資料方面的高度實用性、流體分析的高性能化、分析物件的複雜化、使用者水準範圍的擴大化。由於採用了連續介質力學數值技術。

STAR-CCM+不僅可進行流體分析,還可進行結構等其它物理場的分析。目前 STAR-CCM+ 正在應用於多達10 億網格的超大型計算問題上,如方程式賽車外流場空氣動力分析等項目。 STAR-CCM+著眼于未來 20 年內工程領域的挑戰,不僅是個新的CFD求解器,而是 CFD 軟體革命性的突破。


STAR-CCM+
軟體特點



1.
便捷的幾何自動及手動修復功能表面處理功能(wrapper)

 Star-CCM+可對匯入的3-D CAD進行自動或者手動的修復,基於點、線、面的修補功能。

同時,模型表面處理常常是 CFD 應用中的一個障礙,對一個複雜形體的表面處理往往耗費大量的時間,對一個非常複雜的結構,表面處理的過程可能需要數周甚至幾個月時間,同時也需要大量的人工干涉過程。 Star-CCM+技術能夠自動地將複雜幾何形體處理成完全封閉的、無任何洩漏的表面,得到流體計算域的體網格。 包面技術可以大大減少劃分網格需要的時間。

2.強大且有效率的多種網格功能

STAR-CCM+可以接受目前流行網格生成軟體的網格(Hexa、Tetra 等),也可以解算多面體網格(Poly)。多面體網格和相同數量的四面體網格(Tetra)相比,不但計算結果更精確,而且解算速度快 3~5 倍。 STAR-CCM+具有功能強大的網格生成器,可自動劃分多面體網格、四面體網格、Trimmed網格。

3.STAR-CCM+多面體網格(Polyhedral)

STAR-CCM+ 的六邊形拓補網格可以利用最少的周長劃分相同面積。 Thomas C Hales.

“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 


Tetrahedral-650,000單元      Polyhedral-138,000單元


四面體是一種比較簡便的自動劃分方式。每個四面體有四個相鄰單元,對於單元中心的數值是採用線性的近似。
但是,當相鄰節點的空間位置接近于一個平面時,垂直於這個面的梯度就難以計算準確;當一個單元的面位於邊界上時,它的相鄰三個單元計算可能出現計算不準確,在計算區域的邊和角的位置,四面體的問題更突出。
多面體網格克服了傳統網格的缺點,有更多的相鄰單元,梯度的計算和當地的流動狀況預測更準確。
多面體對幾何的變形沒有四面體敏感。
智慧的網格工具使得單元可以自動融合、分裂,或者增加新的點、線、面。 對於回流的流動,例如頂蓋驅動的空穴流,多面體的計算精度甚至超出 Hexa 網格。

4.HPC高速平行運算能力

Star-CCM+是全球第一個能處理10 億網格的大規模平行運算的CFD軟體,STAR-CCM+ 使用 client-server 架構,可串接多台電腦,除了在求解器方面,在前後處理方面也實現了多 CPU 平行運算能力能力 。



效率強大的HPC平行運算能力

以計算一個HydroCyclone的問題來看,即使HPC運算核心高達22382核心,平行運算效率可以高達90%左右,這意味著Star-CCM+在平行運算處理的高效性。

5.Star-CCM+擁有豐富的的物理模型

Star-CCM+具有以下的物理模型

-穩態,顯式非穩態,隱式非穩態

-黏流,層流,湍流,可壓縮流/不可壓縮流。

-氣體,液體,固體,單相及多相混合,多孔介質

-燃燒:EBU模型/PPDF模型/火焰傳播模型/Complex chemistry/Single fuel, multi fuel/CFM

-空化(cavitation)

-多種層流紊流模型-K-Epsilon/ K-Omega model/ Spalart-Allmaras/RSM/DES/LES

-旋轉機械-多重參考坐標系(MRF) /混合平面隱式解法/風扇動量源模型/移動網格

另外Star-CCM+中包含多種的多相流模型來處理多相流以及顆粒分析問題,這些模型包含:

(1)Lagrangian Multiphase Model(LMP模型)
傳說中的拉格朗日多相流,亦即我們常說的離散相模型(DPM)。

該模型求解粒子包穿越計算域時的運動方程。該模型是為由相對體積較小的離散粒子、液滴或氣泡組成的系統而準備的。
其適用於離散相與物理邊界的相互作用非常重要的場合,可處理蒸發/冷凝/除霜/除霧/阻力/擴散/壁面衝擊/黏著/侵蝕等問題。

(2)Fluid Film Model
液膜模型,該模型使用邊界層近似以及對速度與溫度沿液膜深度的分佈進行假定而用於預測壁面液膜的動態特徵。

(3)Discrete Element Model(DEM模型)
離散元模型。該模型可以看作是拉格朗日模型的擴展。
與拉格朗日模型的區別在於,此模型不再利用粒子包,而是使用一個個的粒子,因此能夠顯式的考慮粒子間的相互接觸力。

(4)Eulerian Multiphase Mixture model
歐拉混合模型。該模型對應著Fluent中的Mixture模型。
為歐拉模型的簡化版,其計算開銷較小。此模型適合於類比懸浮狀多相流動。
在該模型中,通過假定懸浮相為均勻單相系統從而使計算開銷降低。

(5)Eulerian Segregated Flow Model(EMP模型)
歐拉分離流模型。該模型即為常規的歐拉多相流模型。
次模型求解每一相的品質、動量及能量方程。
該模型提供了相間相互作用模型,可以用於考慮相間介面上相間的相互作用。

(6)Dispersed Multiphase Model(DMP模型)
分散多相流模型。該模型類比分散相的歐拉行為。
DMP模型可以與拉格朗日多相流模型(LMP)及歐拉分離流模型(EMP)聯合使用。
DMP模型與VOF模型能夠在同一模擬中同時被啟動。

(7)Volume of Fluid Model(VOF模型)
此模型用於系統中包含兩個或多個互不相溶的相。
系統中每一相構成一個較大的結構(典型的如自由表面流)。
這一方法捕捉相間分介面的運動,常常用於海工程。

 6.多物理量平台MDX(Multidisciplinary Design eXploration)
Star-CCM+多物理量平台MDX可在同一平台做前後處理及求解核心分析聲學噪音、電磁學、電化學、燃燒、氣動噪聲、流體力學、固體力學、多相流、顆粒力學及流變學( Rheology)等多物理量之問題。




7.
最佳化設計平台-HEEDS

採用Star-CCM的HEEDS 後可讓設計空間探索流程將得以簡化,讓所有模擬工程師都能更快找到更出色的設計。它有助於您的電腦輔助工程 (CAE) 工具發揮全部潛力,因此您不僅可對設計進行故障排除和驗證,還可使用模擬來推動創新和提高性能。
以電腦主機殼的標準 CAE 模型開始(下面圖示),使用 HEEDS,僅用兩天時間和 50 個核,即針對風扇和通風孔的不同位置和散熱器的不同大小、形狀、密度和材料自動評估了 200 個設計方案。評估後,找到一種設計方案,與原始設計相比, 冷卻性能提高了 10%, 而散熱器重量減輕了 50%。性能更高,成本卻更低。





STAR-CCM+
產業應用

電動車大廠-特斯拉Model S 車體設計及外流場分析






Siemens電動車電池1-D/3-D設計解決方案





Battery Design Studio(BDS)+Battery simulation Module(BSM)+AMEsim(System)



貨櫃船波浪力(自由液面)與船體結構分析

 

火箭機艙脫離分析



Unsteady simulation of an Ares launch vehicle to study the aerodynamic characteristics of the stage separation

 

 

機艙室內空調與舒適度




Environmental control systems simulation to improve cabin comfort.

離岸鑽油平台安全性分析




Gas dispersion safety study of an offshore floating platform.

 

螺槳葉片分析


Transient simulation of the self-propulsion of a bulk carrier using the tip modified Kappel Propeller

旋轉分離器-流體與顆粒分離效率


Fluid and particle flow simulation to maximize separation efficiency of a cyclone separator




更多Star-CCM+資訊Why Star-CCM+更多HEEDS 資訊Star-CCM+ Blog 


Siemens-PLM-HEEDS-Introduction 

Download File



Siemens-PLM-STAR-CCM+ Introduction

Download File