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本教程将演示如何设置网格设置、物理模型和边界条件。

旋风分离器的流体域使用表面重构、多面体网格生成器和棱柱层网格生成器进行网格化。多面体网格生成器用于处理模型内的再循环流。

由于旋风分离器内存在强旋流，因此在此模拟中使用 K-Omega 湍流模型。要实现收敛，首先在稳态下运行案例，而不进行曲率校正，然后在激活曲率校正的情况下，以非稳态运行 0.5s。

1.启动 Simcenter STAR-CCM+。

2.选择文件 > 加载...

3.在加载文件对话框中，单击浏览...

4.在打开对话框中，导航至工作目录。

5.选择 cyclone.sim，然后单击打开。

6.在加载文件对话框中，单击确定。

7.将模拟另存为 cycloneFlow.sim。

   

创建流体区域  

   

1.右键单击几何 > 3D-CAD 模型 > Cyclone(旋风) 节点，然后选择新几何零部件。    

2.在零部件创建选项对话框中，单击确定以关闭对话框。可接受默认设置。

在模型中组合的所有体都将在几何 > 零部件管理器节点下显示。

要定义计算域，应将零部件分配给区域。此教程有两个区域，一个零部件一个区域。    

3.展开几何 > 零部件节点，然后同时选择 Main Body(主体) 和 Outlet Pipe(出口管道) 节点。

4.右键单击一个选择，然后选择分配零部件至区域...。

5.在将零部件分配给区域对话框中，选择：

a 为每个零部件创建一个区域

b 为每个零部件表面创建一个边界

6.单击应用，然后单击关闭。

系统随即使用定义入口、出口和两个区域之间交界面的边界创建两个区域。

7.要查看区域，创建几何场景。

在生成体网格之前，建议为流体边界设置边界类型。默认情况下，棱柱层网格生成器不会在流体边界的整个表面上创建棱柱层网格单元。通常，只有壁面边界需要棱柱层网格单元。

8.要设置边界类型：

a 选择区域 > Main Body(主体) > 边界 > 入口节点，然后将类型设为速度入口。在图形窗口中，与此边界对应的表面变为红色。

b 选择区域 > Outlet Pipe(出口管道) > 边界 > 出口节点，然后将类型设为出口。在图形窗口中，与此边界对应的表面变为绿色。    

要将出口管道的交界面定义为挡板：

9.在模拟树中，展开交界面节点。

10.选择 Main Body/Outlet Pipe 2(主体/出口管道 2) 节点，然后将类型设为挡板交界面。

11.保存模拟。

   

生成体网格  

   

将零部件分配给区域后，可以定义模拟的网格设置，以生成多面体网格。对于此模拟，结合使用多面体网格生成器与增强层网格生成器，构建适合预测旋风内旋流的网格。    

在此模拟中，为了求解流体的旋流运动，需要在旋风中部应用体积网格细化。还可以在入口应用细化。

要设置并生成体网格：

1.右键单击几何 > 操作节点，然后选择新建 > 网格 > 自动网格。

2.在创建自动网格操作对话框中：

a从零部件列表中选择主体和出口管。

b按顺序选择以下网格生成器：

c单击确定。

自动网格操作随即添加到操作节点。

3.编辑自动网格 > 默认控制节点，然后设置下列属性：    

在单独的体积控制操作中使用两个形状零部件来细化网格。在几何中部和入口周围创建网格细化，准确地捕捉流体的湍流行为。

4.对于气缸中部的核心细化，创建圆柱体状零部件：

a右键单击几何 > 零部件节点，然后选择新形状零部件 > 圆柱体。

b在创建/编辑圆柱体零部件对话框中设置下列属性：

c单击确定。

5.要在入口周围细化网格，创建方块状零部件：    

a右键单击几何 > 零部件节点，然后选择新形状零部件 > 方块

b在创建/编辑方块零部件对话框中，输入方块的下列值：

c单击确定。

体积控制可用于为受控体积内的任何几何设置自定义网格条件。每个控制都需要一个定义体积的零部件规范。

6.要创建核心网格细化：

a右键单击几何 > 操作 > 自动网格 > 自定义控制节点，然后选择新建 > 体积控制。

b将体积控制重命名为气缸细化。

c编辑自定义控制 > 气缸细化节点，然后设置下列属性：

7.要创建入口细化：

a右键单击自定义控制节点，然后选择新建 > 体积控制。

b将体积控制重命名为入口细化。    

c编辑自定义控制 > 入口细化节点，然后设置下列属性：

现在已定义了所有网格设置，接下来可以生成体网格。

8.单击工具条的（生成体网格）或在网格菜单内选择生成体网格。输出窗口显示网格生成器的运行与进展。

9.要显示体网格，从可视化工具栏上单击 （创建/打开场景），然后选择网格。体网格如下所示.    

   

选择物理模型  

   

物理模型定义了模拟的物理变量和现象。在本教程中，使用 K-Omega 湍流模型来限制模拟的运行时间。

要选择物理模型：

1.对于物理连续体，连续体 > 物理 1，按顺序选择下列模型：    

2.单击关闭。

3.保存模拟。

   

设置边界条件  

   

对于此模拟，具有指定湍流强度的均匀入口速度分布是足够的。

1.展开区域 > 主体 > 边界节点，然后设置下列属性：    

2.保存模拟。

   

准备标量场景  

   

使用标量场景将通过气旋室的截面速度可视化。

运行模拟时，您可以使用此场景可视化求解。

1.创建标量场景。

2.要创建截面平面：

a右键单击衍生零部件节点，然后选择新建零部件 > 截面 > 平面。

b在创建平截面对话框中设置下列属性：

c单击创建，然后单击关闭。

3.在可视化工具栏中，单击 （保存-恢复-选择视图），然后选择视图 > +Y > 上 -Z。

定义场景设置：

4.单击场景/绘图。

5.编辑标量场景 1 节点，然后设置下列属性：

6.要返回到模拟树，单击模拟。

   

运行稳态模拟  

   

1.在模拟树中，编辑停止条件节点，然后设置下列属性

1500 次迭代足以达到稳态求解，从而在之后开始非稳态运行。

2.单击求解工具栏中的 （运行）。完成后，标量场景显示如下：    

3.要保存与最终非稳态求解的比较结果：

a右键单击历史解节点并选择新建。

b在保存对话框中，将设为 cycloneFlowSolution，然后单击保存。

c编辑求解历史 > cycloneFlowSolution 节点，然后设置下列属性：    

d右键单击 cycloneFlowSolution 节点，然后选择创建快照。

e在创建快照对话框中，输入静态，然后单击确定。

4.保存模拟。

   

非稳态模拟  

   

通过激活 K-Omega 湍流模型的曲率校正项，可提高模拟的精度。但是，精度的提高意味着必须采用非稳态求解，才能实现充分的收敛。

修改物理连续体中的模型选择，并激活曲率校正：

1.右键单击连续体 > 物理 1 节点并选定选择模型。

2.在“物理模型选择”对话框中，进行以下更改：

a在已启用组合框内，停用稳态。

b在时间组合框内，激活隐式非稳态。

c单击关闭。

3.选择物理 1 > 模型 > SST (Mentor) K-Omega 节点，然后将设为打开。

需要对求解器设置和停止条件进行多处更改：

4.编辑求解器节点，然后设置以下属性：    

5.编辑停止条件节点，然后设置以下属性：

6.选择求解历史 > cycloneFlowSolution > 更新节点，然后将设为时间步。

现在，可以使用稳态求解作为初始状态来再次运行求解器：

7.在求解工具栏中，单击 （运行）。

求解器将额外运行 8000 次迭代（假定每个时间步 8 次内部迭代）。

8.保存模拟。此操作可确保模拟历史文件完整。

9.要将非稳态运行的最终求解与稳态运行的求解进行比较：

a选择求解视图 > cycloneFlowSolution 节点，然后将设为稳态。

b选择场景 > 标量场景 1 > 标量 1 > 颜色条节点，然后：将设为垂直，将设为 [0.2, 0.6]。

c在场景节点中，右键单击标量场景 1，然后选择复 制。

d右键单击场景节点，然后选择粘贴。

e将副本重命名为稳态求解。    

f右键单击稳态求解节点并选择应用表示至显示器 > cycloneFlowSolution。

g同时选择稳态求解节点和标量场景 1 节点。右键单击一个节点并选择链接视图。

h右键单击布局视图节点并选择新建布局视图 > 1 左，1 右

i从模拟树中，将场景 > 稳态求解节点拖放到图形窗口中布局视图的左侧面板中。

j同样，将场景 > 标量场景 1 节点拖放到布局视图的右侧面板中。

现在，可以将右侧的最终非稳态求解与左侧的初始稳态求解进行比较。添加的曲率校正锐化了旋流的中心核心，并定义了其形状。