cfd发展及star-ccm+介绍

1、www.cd- 计算流体力学（计算流体力学（CFD）发展及在土木建筑行业中的应用）发展及在土木建筑行业中的应用 时剑时剑 目录目录 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 STARSTAR- -CCM+CCM+在土木建筑行业中的应用在土木建筑行业中的应用 STARSTAR- -CCM+CCM+ 其它案例其它案例 目录目录 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 STARSTAR- -CCM+CCM+在土木建筑行业中的应用在土木建筑行业中的应用 STARSTAR- -CCM+CCM+其它案例其它案例 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 欧欧拉拉（1707170717831783） 瑞士数学、物理学、天文学家瑞士数学、物理学、天文学家 纳维尔（纳维尔（1785178518361836） 法国数学法国数学、物理学家物理学家 斯托克斯斯托克斯(1819(18191903)1903) 爱尔兰数学、物理学家爱尔兰数学、物理学家 欧拉方程欧拉方程 描述无粘性流体的运动描述无粘性流体的运动 NavierNavier- -StokesStokes方程方程 完

2、整描述流体的运动完整描述流体的运动 考虑粘性考虑粘性 S x D x u xt jj j j 非定常项非定常项对流项对流项扩散项扩散项源项源项 英国帝国理工英国帝国理工 PHOENICS -世界上第一套计算流体商业软件世界上第一套计算流体商业软件 （英国）（英国） STAR-CD -世界上第一套基于非结构化网格计算流体商业软件（英国）世界上第一套基于非结构化网格计算流体商业软件（英国） CFX （英国（英国AEA 原子能机构）原子能机构） 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 CFDCFD发展已经进入全新时代，已经不再限于单纯流动传热问题。发展已经进入全新时代，已经不再限于单纯流动传热问题。 单纯具备流体分析能力是无法跟上发展形势的。单纯具备流体分析能力是无法跟上发展形势的。 CCMCCM概念：概念： CCM(computational continuum mechanics)CCM(computational continuum mechanics) 连续介质力学连续介质力学， 发展要求发展要求C CFDFD程序也要程序也要具备结构应力具备结构应力应变、应变、电磁场电

3、磁场、声学等、声学等 多学科耦合多学科耦合功能。功能。 STARSTAR- -CCM+CCM+既是由既是由STARSTAR- -CDCD基础上发展而来的全新计算程序。基础上发展而来的全新计算程序。 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 一般分析设计模式一般分析设计模式 缺点：缺点： 对科研人员水平依赖性强对科研人员水平依赖性强 设计过程效率低下设计过程效率低下 科研水平、技术附加值低科研水平、技术附加值低 只能产生有限数量的设计只能产生有限数量的设计 容易产生有问题的设计容易产生有问题的设计 最终设计最终设计 分析设计分析设计 调整输入文件调整输入文件 满足要求吗满足要求吗? N 执行模型执行模型 查看输出文件查看输出文件 选择策略选择策略 Y 建立计算模型建立计算模型 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 自动化优化设计自动化优化设计 优点：优点： 对软件熟练程度依赖性减对软件熟练程度依赖性减 弱弱 不会局限于经验、更客观不会局限于经验、更客观 更科学更科学 结果：结果： 具有创新性具有创新性 提升科研水平提升科研水平 提升效率提升效率 适于推广使用适

4、于推广使用 最终设计最终设计 分析设计分析设计 调整输入文件调整输入文件 满足要求吗满足要求吗? 执行模型执行模型 查看输出文件查看输出文件 选择策略选择策略 Y 建立计算模型建立计算模型 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 稳健 设计 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 前处理前处理 快速快速 简单易用简单易用 CAD(建模)CFD建模 网格生成网格生成 CFD(解算)后处理 CAD工程师 CFD分析工程师 求解器求解器 丰富的物理模型丰富的物理模型 求解稳定求解稳定(Robustness)(Robustness) 结果可靠结果可靠(Reliability)(Reliability) 速度快速度快 后处理后处理 简单易用简单易用 效果突出效果突出 整体要求整体要求 流程化流程化 自动化自动化 对当前对当前CFDCFD要求要求 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 集成的图形用户界面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将前后处理与计算分析集成在同一个环境中 CAD数据的无缝链接 个工具全部处理 高重复性和适用性 表

5、面网表面网 格准备格准备 体网格体网格 生成生成 执行计算执行计算结果处理结果处理 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 灵活的灵活的CADCAD建模功能建模功能 可进行完全参数化的可进行完全参数化的CADCAD建模；建模； 完全集成在完全集成在STARSTAR- -CCM+CCM+的工作流程中。的工作流程中。 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 快速高质量网格生成功能快速高质量网格生成功能 高速自动化流程；高速自动化流程； 极易处理复杂几何结构；极易处理复杂几何结构； 多种体网格模型多种体网格模型 表面表面 修复修复 表面表面 优化优化 体网格体网格 表面准备表面准备体网格生成体网格生成 导入导入 修复修复 优化优化 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 CAD (Parasolid, IGES, STEP, STL, Patran, Nastran, pro- STAR (.dbs, .inp/.vrt/.cel ) 15分分钟钟即可完成一即可完成一复杂复杂模型模型 自动处理生成网格 只需设定所需网格大小只需设定所需网格大小 程序全

6、自动生成网格程序全自动生成网格 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 STARSTARCCMCCM可以处理任何复杂结构，可以处理任何复杂结构， 保持所有细小结构！保持所有细小结构！ 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 多种体网格模型多种体网格模型 四面体四面体 六面体六面体 多面体多面体 移动网格移动网格 四面体网格多面体网格 十二面体六面体 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 自动化、流程化的客户界面自动化、流程化的客户界面 -可基于可基于JAVAJAVA的编写流程化的客户界面的编写流程化的客户界面 模拟试验台界面模拟试验台界面 客户化界面客户化界面 对于专业应用定制一个界面对于专业应用定制一个界面 客户投入时间得到较大缩小，客户投入时间得到较大缩小， 效率较高效率较高 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 操作操作的记录和重复运行的记录和重复运行 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 先进丰富的物理模型先进丰富的物理模型 二维、轴对称、三维、稳态、显式非稳态、隐式非二维、轴对称、三维、稳态、显式非稳

7、态、隐式非 稳态、谐波平衡法、运动参照坐标系模型、刚体运动模型、稳态、谐波平衡法、运动参照坐标系模型、刚体运动模型、 6 6自由度（自由度（Dynamic Fluid Body InteractionDynamic Fluid Body Interaction）模型、）模型、 网格变形（网格变形（MorphingMorphing）；）； 气体、液体、固体、单相及多相混合以及多孔介质；气体、液体、固体、单相及多相混合以及多孔介质； 分离解法、耦合解法（分离解法、耦合解法（coupled solvercoupled solver）；）； 不可压缩流、可压缩流不可压缩流、可压缩流 无粘、层流、湍流、转捩、非牛顿流体；无粘、层流、湍流、转捩、非牛顿流体； 湍流模型湍流模型 ：SpallartSpallart- -Allmaras Allmaras 、K K- -Epsilon Epsilon 、K K- -OmegaOmega、 RSMRSM、LESLES、DESDES等等1919种模型；种模型； VOFVOF多相流、欧拉多相流、拉格朗日多相流；多相流、欧拉多相流、拉格朗日多相流； 沸腾、蒸发

8、、冷凝、凝固、融化、空化、除霜与除雾；沸腾、蒸发、冷凝、凝固、融化、空化、除霜与除雾； 热传导、对流、辐射、燃烧；热传导、对流、辐射、燃烧； 噪声源预测模型；噪声源预测模型； 基于有限体积法的应力、应变解析功能；基于有限体积法的应力、应变解析功能； 与三方软件进行耦合计算。与三方软件进行耦合计算。 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 目录目录 计算流体力学（计算流体力学（CFDCFD）发展）发展 STARSTAR- -CCM+CCM+在土木建筑行业中的应用在土木建筑行业中的应用 STARSTAR- -CCM+CCM+其它案例其它案例 Your CAE Partner for SuccessYour CAE Partner for Success Pollutant Dispersion HVAC Subway Station Ventilation In house Ventilation Environmental flow STARSTAR- -CCM+ CCM+ 应用案例（环境工程）应用案例（环境工程） STARSTAR- -CCM+ CCM+ 应用案例（建筑风

9、环境）应用案例（建筑风环境） STARSTAR- -CCM+ CCM+ 应用案例（火灾通风）应用案例（火灾通风） STARSTAR- -CCM+ CCM+ 应用案例（火灾通风）应用案例（火灾通风） 地铁车站火地铁车站火 灾扩散模拟灾扩散模拟 STARSTAR- -CCM+ CCM+ 应用案例（安全通风）应用案例（安全通风） STARSTAR- -CCM+ CCM+ 应用案例（桥梁风载）应用案例（桥梁风载） 描述描述: 2005 : 2005 年一座崭新的大桥横跨于瑞典挪威边境海峡之上，这就是年一座崭新的大桥横跨于瑞典挪威边境海峡之上，这就是 著名的著名的斯维讷松德斯维讷松德大桥。大桥总长大桥。大桥总长680680米，跨度米，跨度242242米。大桥建成之前米。大桥建成之前, , 为了预测大桥所承受风载，瑞典国家水文气象局为了预测大桥所承受风载，瑞典国家水文气象局SMHISMHI计算了大桥周边地计算了大桥周边地 区的风速和湍流脉动状态。区的风速和湍流脉动状态。 研究研究: : 数值模型以数值模型以2525米为间隔采样地型数据。基于卫星影像定义了米为间隔采样地型数据。基于卫星影像定义了20 20 种种 不同地型粗糙度，其中包括海水不同地型粗糙度，其中包括海水( (浅蓝浅蓝), ), 沼泽沼泽( (蓝色蓝色), ), 针叶林针叶林 ( (绿色绿色), ), 落叶林落叶林 ( (黄色黄色), ), 岩石岩石( (红色红色) ) 和平地和平地 ( (浅棕色浅棕色) )。 成果成果: : 大桥附近，距地面大桥附近，距地面1010米处风速试验测量结果与数值模拟风速和湍米处风速试验测量结果与数值模拟风速和湍 流脉动动能吻合地非常完美，流脉动动能吻合地非常完美， SMHISMHI对使用数值模拟预测方法进行更细致对使用数值模拟预测方法进行更细致 的大桥结构分析充满信心的大桥结构分析充满信心. . “数值模型与试验测量一致性数值模型与试

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