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STAR CCM+ 2406版本更新

内容纲要

以下为STAR CCM+ 2406版本关于流动仿真方面的内容更新。

1 流体

1、用于气体混合物中选定组分的渗透挡板

  • 通过为挡板交界面引入不渗透/渗透组分选项,支持对使用渗透膜的气体分离过程建模
    • 等效于传导/非传导挡板热选项
    • 通过定义有选择的组分渗透率,对通过挡板交界面的组分质量通量进行嵌入式计算

2、处于“使用中”状态时,多孔相物质可通过反应组分管理器进行替换

  • 通过动态替换多孔相物质组分,改进了电池化学分析的工作流程
    • 现在,无论多孔相物质是否用于模拟,在右键单击多孔相物质时,都会提供替换为操作

2 能量

1、表面辐射属性输入版本和表面属性数据库

  • 通过完全重新设计且完全自动化的工作流程,简化了辐射属性的设置过程
    • 表面属性的分配与固体属性保持一致(在连续体级别)
  • 第一个版本中用于表面属性的新材料数据库部分,可支持辐射属性
    • 灵活的基础架构,可在未来版本中支持更多表面属性(即腐蚀、摩擦等)

2、块-面比例可用作参数

  • 通过块-面比例值改进了对 VTM 和 CHT 模型模板的定制
  • 可以指定为参数

3 反应流体

1、使用复杂化学的用户自定义状态方程 (EoS)

  • 借助用户 EoS 和复杂化学兼容性提高对超临界流体燃烧进行建模时的稳定性
    • 可以使用表等方式定义 EoS 属性以考虑临界点附近的唯一属性
    • 扩展了以前与理想气体和实际气体 EoS 模型的兼容性

2、具有时变孔隙率的表面化学

  • 考虑具有可变固相孔隙率的热失控中的电池材料(电芯)消耗
    • 多孔介质中的表面化学模型现在可以考虑时变孔隙率
    • 允许通过体积组分浓度限制反应速率
    • 添加了新的场函数 - 多孔相质量

3、声学模态求解器:任意数量的 n-tau 源

  • 捕捉具有多个 n-tau 源的燃烧系统中多个火焰前缘的热声学影响
    • 典型应用包括轴向分阶段燃烧

4、现在,单精度小火焰表是默认选项

  • 在不影响求解精度的情况下,通过减小表大小改进了速度和内存
  • Simcenter STAR-CCM+ 2402 引入了生成单精度小火焰表的功能
  • 现在,生成单精度表是默认选项

4 湍流

1、Spalart-Allmaras Gamma 转换模型 ID-0005664

  • 使用新的 Spalart-Allmaras Gamma 转换模型将 Spalart-Allmaras (SA) 湍流模型的适用性扩展到转换流
    • 提高了用于低雷诺流的 Spalart-Allmaras 湍流模型的精度(城市空中交通)
    • 兼容 RANS 和 DES 方法
    • 精度与使用 Gamma 转换模型的 K-Omega 相似,周转时间缩短高达 10%

2、支持在阶段中选择和取消选择湍流模型

  • 添加了支持在阶段中选择和取消选择湍流模型的功能,实现了 RANS 到尺度求解模拟 (SRS) 工作流程的完全自动化
    • 支持所有湍流方法(RANS、DES、LES),以及所有 RANS 和 LES 子网格尺度模型
  • 通过全自动的无粘性到 RANS 工作流程,对航空航天超音速和高超音速进行稳健的初始化
    • 支持所有粘滞态(无粘性、层流、湍流)
  • 单个模拟中的多个物理设置
    • 降低了对多个连续体和 Java 脚本编写的需求

5 混合多相流 (MMP)

1、拉格朗日多相流 (LMP) 至 MMP 子网格相间相互作用

  • 通过将较小的拉格朗日液滴/气泡转换为 MMP 相,降低了混合多相模拟的计算开销
    • 支持包括混合物的混合多相方法
    • 非常有利于电机冷却等应用,其中喷射的油将分解成弹道液滴,并进一步分解成混合物甚至泡沫
  • LMP 破碎或其他物理可能导致大量斯托克斯数较低的颗粒
    • 对于由连续流体携带的数量众多、大小为数十微米的液滴/气泡,LMP 不是有效或非常适合的模型
  • LMP 至 MMP 子网格相间相互作用允许基于斯托克斯数、直径和其他用户准则的转换
    • 激活时,LMP 直径将传递到 S-Gamma 群体平衡模型

2、MMP-LSI 的 S-Gamma 群体平衡模型

  • 允许在存在自由表面的情况下进一步传输来自 LMP(或其他源)的 MMP 中的液滴(和/或气泡)尺寸
    • 原始 S-Gamma 模型仅适用于连续离散流体
    • 新方法允许通过自由表面将相从低于该自由表面的离散液滴相 S-Gamma 群体反转为高于该自由表面的离散气泡相 S-Gamma 群体(如果两者均处于活动状态)
  • EMP-LSI 的镜像实施
  • 允许沿已求解的结构在子网格尺度下进行破碎和聚结建模
    • 预测正确的液滴和气泡尺寸以及相间传输的关键
  • 包含用于自由表面上气泡夹带的模型

3、LMP 碰撞 MMP-LSI 自由表面

  • 允许 LMP 液滴碰撞现有流体
    • 镜像 LMP 和 VOF 之间的现有功能
    • 适用于 LMP 液滴进入相应连续相的高体积分数区域的情况
  • 确保在局部使用最合适的模型
    • 避免在同一物质的连续 MMP 相中跟踪 LMP 液滴
  • 通常,LMP 碰撞为子网格,但如果要解决碰撞效应,可以使用网格单元群集

6 流体体积 (VOF)

1、VOF 波模型:湍流涡旋限制器

  • 提高海洋模拟中波传播的精度
  • 减少在数个波长和关联的波耗散后可能围绕自由表面生成的非物理湍流
  • 当选择 VOF 波模型时可用
    • 标准和可实现的 k-ε 模型
    • 标准和 SST k-ω 模型

2、自由表面质量指示器场函数和报告

  • 用于轻松评估 VOF 模拟中捕捉的自由表面的质量
  • 自由表面质量指示器场函数有 3 个可能的值:
    • 0 - 无交界面
    • 1 - 模糊交界面
    • 2 - 清晰界面
  • 可以使用相应的自由表面质量报告确定选定区域中的平均交界面清晰度
    • 报告返回清晰交界面网格单元与所有交界面网格单元(清晰和模糊)的比率
    • 各处都清晰的交界面将返回 1
    • 可用于触发体积分数重新初始化

7 欧拉多相流 (EMP)

1、S-Gamma:改进性能和减少默认求积

  • 减少所需的正交点以实现不依赖于正交点数量的一致结果
    • 更高效的分布需要更少的点和更少的试错
    • 降低了计算开销和内存需求
  • 默认正交数从 8 个减少到 5 个
    • 通常,使用 5 个就可产生良好的拟合效果
  • 适用于 EMP 和 MMP

2、壁面沸腾:Li 成核位置密度模型

  • 与 Hibiki-Ishii 和 Lemmert-Chawla 等现有模型相比,可为高水平的壁面过热预测更准确的值
    • 减少所需的成核位置密度限制
    • 与现有模型相比,收敛已改进

3、标准化相质量守恒误差报告和每个时间步的迭代次数报告

  • 通过使用这些报告驱动停止准则以在缩短求解时间的同时确保良好的收敛
    • 为使用自适应内部迭代次数的自适应时间步方法提供了替代方法
  • 提供了两个新报告:
    • 标准化相质量守恒误差。可用作内部迭代停止准则的基础
    • 每个时间步的迭代次数。可用于监视产生的内部迭代

8 液膜

1、Habchi 沸腾模型

  • 提高了对超出临界热通量的液膜沸腾进行建模的精度
    • 包括莱登弗洛斯特效应,与现有模型相比,可实现更长(更真实)的转换后液膜停留时间
  • 现在有两个液膜沸腾选项可用
    • Habchi(新模型)
    • Rohsenow(预先存在的模型)

9 拉格朗日多相流 (LMP)

1、将模型从自由流转化为壁面-边界相

  • 现在,可以将壁面-边界建模带来的优势用于使用自由流和壁面-边界液滴表示的一系列更广泛的水管理案例
  • 新的选项和模型可转换到壁面-边界相
    • 拉格朗日-拉格朗日相间相互作用
    • 沉积模型
    • 边界条件菜单中的转化为壁面-边界相模式
    • 通过激活沉积模型自动创建用于从自由流转化为壁面-边界相的粒子束转换喷射器

2、表喷射器的循环喷射器指定

  • 通过使用新的“循环喷射器指定”选项,简化了将 VOF 模拟结果转换为更快的 LMP 模拟的输入的工作流程
    • VOF 模拟或实验数据为一个旋转或循环提供了液滴初始化数据
    • LMP 模拟以循环方式重用相同数据
  • 应用:电机冷却;喷嘴循环输出的燃料、涂料和农业喷剂

3、使用求解历史对喷射器进行后处理

  • 通过选择喷射器作为求解历史的输入,对喷射颗粒的初始状态进行高级后处理
    • 可用于将不同位置的颗粒状态与喷射器生成的颗粒状态进行比较

10 离散元法 (DEM)

1、颗粒聚集模型

  • 通过升级的平行粘接接触模型对颗粒聚集和沉积进行精确建模
    • 两种粘接形成选项
    • 时间窗口,之前已存在
    • 用户自定义,粘接仅在特定局部条件下形成
  • 粘接材料可以不同于颗粒材料,粘接刚度有两个选项
    • 基于颗粒材料,之前已存在
    • 用户自定义,适用于广泛的造粒应用
  • 平行粘接重命名为颗粒聚集
  • 颗粒和边界之间的粘接已启用

2、接触时间场函数

  • 通过新的场函数访问有关颗粒状态的其他有用信息
    • 接触时间场函数返回自颗粒-颗粒或颗粒-壁面接触开始以来经过的时间
    • 可用于所有颗粒类型和形状
  • 提高了对颗粒聚集等与接触时间相关的物理进行建模的真实性

3、颗粒方向的喷射表选项

  • 当颗粒为非球形时,能够将粒子状态从一个模拟文件传递到另一个模拟文件
    • 颗粒方向方法新的喷射表选项。读取三个表列,其中包含定义了颗粒方向的角度值
  • 改进了对非球形颗粒初始方向的控制

11 平滑颗粒流体动力学 (SPH)

1、入口边界条件

  • 可在入口边界条件的支持下分析液体喷射应用
    • 速度入口和质量流量入口
    • 兼容常数、时间演化和场函数
    • 旋转和静态入口边界
    • 目标应用:车辆水径流、喷射式动力系统润滑

2、用于已移除颗粒的报告

  • 增强了监控工具,以通过用于已移除颗粒的新报告评估模拟收敛
    • 用于颗粒修复 - 已移除颗粒的报告
    • 基于位置和基于速度

3、增强了力矩报告

  • 提高了力矩报告的准确性
    • 不依赖于表面网格分辨率

4、对固体边界上速度的可视化

  • 通过对固体边界上的速度矢量和标量场进行可视化来加快模拟分析
    • 壁面速度取决于固体边界类型(滑移壁面或无滑移壁面)

12 固体力学

1、高级接触强制执行(ALM 与 Uzawa)

  • 通过结合了 Uzawa 算法的增广拉格朗日乘数 (ALM) 法来提高接触强制执行的准确性和稳健性
  • 不依赖于惩罚参数的高精度
  • 即使发生突然的接触变化也可保持稳健性
  • 可选择自动更新惩罚参数以加快收敛速率

2、改进的接触离散化

  • 新的离散化方案提高了高精度要求下困难接触的收敛速率和稳健性
    • 提高了极高惩罚参数下接触的收敛速率
    • 可与罚函数法或增广拉格朗日乘数 (ALM) Uzawa 法一起使用

3、具有线性应变的塑性收敛速度更快

  • 对于使用 J2 塑性和各向同性硬化的模型而言,收敛速率更快
    • 收敛现在是二次的(以前是线性的)
    • 平均减少 50% 的迭代,最高可减少 80%

4、表面载荷线性化现在包括动态稳定

  • 使用表面载荷线性化和动态稳定时流体-结构相互作用设置中的固体二次收敛

5、由于旋转结构中的位移而产生的科里奥利力

  • 对于包含由局部位移而引起的科里奥利力的大型旋转结构,提高了模拟这些结构时的精度

6、用于刚性固体运动的单向流体-结构耦合和用于流体的变形

  • 可更灵活地设置单向耦合流体-结构相互作用并可在其中忽略固体变形

7、防止为 Neo-Hookean 模型输入非物理材料参数

  • 通过对输入的材料参数自动进行合理性检查,提高了使用超弹性 Neo-Hookean 模型时的易用性

8、块非线性几何 + 几乎不可压缩 + 线性弹性

  • 阻止使用不兼容的物理模型组合,避免错误的建模假设

9、热壳体 - 包含仅由壳体构成的部件的有限元固体能量模型

  • 支持对薄壁结构进行高效的热建模
  • 仅限于只使用壳体部件和边到边交界面的设置

13 电磁

1、高阶有限元电磁求解器(四面体单元和时域)

  • 由于引入了高阶有限元方法,提高了精度、减少了网格数并缩短了求解时间
    • 可用于有限元磁矢势模型的高阶求解器,目前仅支持时域和四面体网格
    • 有限元形状函数阶次自适应允许在不更改网格的情况下进行局部细化
    • 通过中间边节点和其他技术,可以在不增加网格数的情况下捕获网格单元内的变化

2、非线性各向异性渗透率的局部点支持

  • 通过在局部点级别积分,更精确地计算非线性各向异性材料的渗透率和 Frechet 导数
    • 显著改善了 p 阶 0 和六面体网格的收敛
    • 改进了任何网格类型和 p 阶 2 的收敛性

3、单区域电动势 (EDP) 的映射接触交界面

  • 利用映射接触交界面兼容性加快了涉及 EDP 的共轭传热 (CHT) 模拟
    • 以前,如果任何区域有活动的 EDP 模型,就不能使用映射接触交界面
    • 现在,映射接触交界面可用于只有一个区域具有活动 EDP 的实例
    • 与直接接触交界面相比,使用映射接触交界面可实现更快的交界面相交时间和更好的面匹配
    • 尚不支持对具有 EDP 的多个区域使用映射接触交界面

14 电化学

1、3D 电芯设计 - 老化模型

  • 使用基于物理的新电池退化模型捕捉电池老化的影响
    • 引入了两种主要的老化模型:固体-电解质相间 (SEI) 膜生长和锂镀膜生长
    • 电池中可以找到更多详细信息。

15 气动声学

1、衍生部件上的渗透后 FW-H 模型

  • 借助使用衍生部件进行模型设置的功能,加快 FW-H 源表面定义的速度
    • 无需仅为 FW-H 定义用于网格化和设置过程的交界面
    • 在创建渗透后 FW-H 表面时为用户提供更高的灵活性

2、海绵层参数化

  • 借助为海绵层提供的更多选项,提高了稳定性和可用性
  • “相对抑制量”参数现在采用以下输入方法:场函数;参数;表
  • 借助易于模板化的参数改进了模型自动化

16 运动、网格自适应和映射

1、更快的滑动网格交界面

  • 更快、更具可扩展性的接口计算以及更小的内存占用
    • 高效使用计算资源
    • 内核数增加,可扩展性明显提高
    • 应用:汽车车轮旋转、电动机冷却、VTM 风扇和混合容器的非稳态阻力预测
    • “封闭相邻网格单元”选项对 MBI 不可用

2、非稳态模拟期间用叶片单元法切割

  • 由于允许使用叶片单元法进行切割,使得旋翼飞机的非稳态模拟更快、更高效
    • 支持非稳态和稳态叶片单元法
    • 由于不需要调整切割角度重新运行,缩短了工作流程
    • 周转时间比刚体运动快
    • 应用:转子-体干涉调查,发动机入口设计

3、AMR 期间在边界层中各向异性网格细化

  • 由于允许在 AMR 期间对棱柱层进行各向异性细化,提高了边界层捕获效率
    • 支持各向同性细化、切向细化、法向细化以及基于准则细化
    • 减少网格单元数量,缩短模拟时间

4、坐标系运动管理

  • 通过定义坐标系应如何跟随船体(如船舶)来管理坐标系的相对运动
    • 简化后处理可视化
    • 简化(例如船舶的)衍生部件运动的管理

注:以上内容取自STAR CCM+ 2406 Release Note,翻译质量很差,将就着看吧。以上内容仅为仿真计算方面的更新,除此以外,新版本在几何与网格、数据后处理方面也有不小的改进。有兴趣的道友可自行查阅。


(完)

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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文章名称:《STAR CCM+ 2406版本更新》
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