STAR CCM 案例|波浪中的小船
本文摘要(由AI生成):
本文介绍了使用STAR CCM 2021.3软件进行的一个随机案例模拟过程。内容涵盖了设置求解参数、创建自由等值面和水面Colormap、显示自由面、添加DFBI显示、输出图片和报告等步骤。特别地,设置了隐式非稳态求解器、指定了时间步长和最大物理时间,并通过模型树节点创建和配置了等值面、场景和报告。最后,进行了初始化并计算了船体在波浪中的运动,展示了Z方向平动位移和Y方向转动角度随时间的变化,以及船体与波浪的等值面。案例提供了下载链接,方便日后查阅和练习。
本教程演示在STAR CCM 中使用带有自由表面流的6DOF求解器模拟船体面对迎面而来的波浪作用下的运动。
1 导入计算网格
- 利用菜单File → Import → Import Volume Mesh… 导入网格文件 Boat.ccm
计算网格如下图所示。
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262630326_pn4hna.jpg?imageView2/0)
2 选择物理模型
- 右键选择模型树节点Continua > Physics 1
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262588801_bfx17c.jpg?imageView2/0)
选择完毕后的模型对话框如下图所示。
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262637158_w57nxa.jpg?imageView2/0)
3 设置介质材料
- 右键选择模型树节点Continua > Physics 1 > Models > Multiphase > Eulerian Phases,点击弹菜单项New创建介质Water
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262595887_gauzsf.jpg?imageView2/0)
- 右键选择模型树节点Eulerian Phases > Water ,点击弹出菜单项Select Models… 打开模型选择对话框
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262590136_s1fkn8.jpg?imageView2/0)
- 在对话框中选择Liquid及Constant Density,如下图所示
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262636798_kiuiki.jpg?imageView2/0)
- 创建另一个介质,命名为Air,选择Gas与Constant Density,如下图所示
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262641660_mrxkjk.jpg?imageView2/0)
4 选择6-DOF模型
- 右键选择模型树节点Tools > Motions,点击弹出菜单项New > DFBI Rotation and Translation创建一个DFBI运动
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262634321_k9r7ei.jpg?imageView2/0)
- 选择模型树节点Regions > Region 1 > Physics Values > Motion Specification,指定参数
Motion
为DFBI Rotation and Translation
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262631827_pk5pde.jpg?imageView2/0)
5 设置初始化条件
6-DOF求解器必须指定物体的初始方位。本案例定义一个局部坐标系,其中x轴为船体的前进方向,z轴为船体的垂直方向。
- 右键选择模型树节点Tools > Coordinate Systems > Laboratory > Local Coordinate Systems,点击弹出菜单项New → Cartesian新建笛卡尔坐标系
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262592786_q6qpbn.jpg?imageView2/0)
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262596595_6r2g48.jpg?imageView2/0)
坐标系创建完毕后,图形窗口中可以看到局部坐标系,如下图所示。
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262593301_s1lvqp.jpg?imageView2/0)
- 修改新创建的节点名为Initial ship orientation
6 创建6-DOF体
- 右键选择模型树节点DFBI → 6-DOF Bodies,点击弹出菜单项New Body > 3D > Continuum Body,修改新创建的节点名称为Boat
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262590792_v180aj.jpg?imageView2/0)
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262597915_nmxt0x.jpg?imageView2/0)
注:这里的Release Time为弛豫时间,指的是在计算0.5s后才考虑作用在船体上的力。设置为0.5仅仅只是为了考虑计算的稳定性,其实设置为0也可以。
”
- 选中模型树节点Boat > Initial Values >Moment of Interia,如下图所示设置
- 指定
Diagonal Components
为**[1000,1000,1000] kg/m2** - 指定
Coordinate System
为Laboratory-> Inital ship orientation
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262632952_9mreir.jpg?imageView2/0)
- 选中节点Boat > Initial Values > Center of Mass,设置 Coordinate System 为Laboratory->Initial ship orientation
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262638014_zttlgq.jpg?imageView2/0)
- 选中节点Boat > Free Motion,激活选项Z Motion及Y Rotation,限制船体只能沿Z方向平动与Y方向转动
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262594558_quyqoj.jpg?imageView2/0)
7 定义波浪
- 选中模型树节点Continua > Physics 1 > Models > VOF Waves > Waves,点击右键菜单New → Fifth Order创建波浪
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262632514_hjds5u.jpg?imageView2/0)
- 修改新创建的节点Fifth Order Vof Wave 1 名称为Head Wave,并如下图所示设置节点参数
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262639650_moc0zt.jpg?imageView2/0)
- 选中节点Waves > Head Wave → Wave Length Specification,设置
Wave Length
为6 m
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262636416_k233p3.jpg?imageView2/0)
8 定义初始条件
- 选中模型树节点Continua > Physics 1 > Initial Conditions,按下表内容定义其子节点
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262640026_duiqh1.jpg?imageView2/0)
9 设置边界条件
- 进入节点Regions > Region_1 > Boundaries > inlet,按下表内容设置参数
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262593937_ikefag.jpg?imageView2/0)
- 进入节点Regions > Region_1 > Boundaries > pressure,按下表内容设置参数
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262595208_kg79c4.jpg?imageView2/0)
10 设置求解参数
- 选中模型树节点Solvers > Implicit Unsteady,指定
Time-Step
为**0.01 s **
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262635375_uvl988.jpg?imageView2/0)
- 选中节点Stopping Criteria > Maximum Physical Time,如下图所示指定最大计算时间为4 s
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262630739_7ko73n.jpg?imageView2/0)
11 创建自由等值面
创建等值面用于显示水。
- 右键选择模型树节点Derived Parts,点击弹出菜单项New Part > Isosurface....
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262640976_ea21wg.jpg?imageView2/0)
- 按下图所示设置等值面参数,修改节点名称为Water Surface
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262634930_r50gq7.jpg?imageView2/0)
12 创建Colormap
- 右键选择模型树节点Tools > Colormaps,点击弹出菜单项New
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262599851_rlp5cu.jpg?imageView2/0)
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262628606_mi4vgc.jpg?imageView2/0)
- 修改新创建的节点 user 1 名称为Water 2
13 显示自由面
- 右键选择节点Scene,点击弹出菜单项New Scene → Scalar新建节点Scalar Scene 1
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262598550_mnnq6z.jpg?imageView2/0)
- 选中节点Scenes > Scalar Scene 1 > Outline 1,取消选中选项Outline
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262633287_dqt97u.jpg?imageView2/0)
- 选中节点Scalar 1 > Parts,指定
Parts
为Water Surface
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262629042_762y26.jpg?imageView2/0)
- 选中节点Scalar Field,指定
Function
为Volume Fraction of Water
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262639127_mxm7n5.jpg?imageView2/0)
- 选中节点Scalar 1 > Color Bar,指定
Color Map
为前面创建的water 2,取消选项Visible
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262633841_ubq7x2.jpg?imageView2/0)
- 指定
Contour Style
为Smooth Filled
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262638507_9jbhug.jpg?imageView2/0)
- 右键选中节点Lights,点击弹出菜单项Head Light
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262589347_atkqjb.jpg?imageView2/0)
14 创建DFBI显示
- 右键选择模型树节点Scalar Scene 1,点击弹出菜单项New Displayer → DFBI添加DFBI显示
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262601194_cgzted.jpg?imageView2/0)
- 选中节点DFBI 1 > Parts,指定Parts为Boat
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262630006_y35bvp.jpg?imageView2/0)
- 选中节点DFBI 1,如下图所示指定参数
Opacity
为0.5,设置Transform
为symmetry 1
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262640380_uvenpc.jpg?imageView2/0)
- 选中节点Scalar Scene 1,点击弹出菜单项New Displayer → DFBI增加新的DFBI显示
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262642137_vm1507.jpg?imageView2/0)
- 选中模型树节点DFBI 2 → Parts,指定Parts为Fluid Force and Moment
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262601791_c688xg.jpg?imageView2/0)
- 选中节点DFBI 2 > Relative Size,指定
Vectgor Glyph Lnegth(%)
为50
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262629496_3f7s0w.jpg?imageView2/0)
15 输出图片
- 选中模型树节点Scenes > Scalar Scene 1 > Attributes > Update,指定
Trigger
为Time Step
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262599148_iogjev.jpg?imageView2/0)
16 输出报告
- 右键选择模型树节点Reports,点击弹出菜单项New Report > DFBI > 6-DOF Body Translation
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262592061_i0643c.jpg?imageView2/0)
- 修改新创建的模型树节点6-DOF Body Translation 1名称为Z Translation,并指定
Direction
为**[0,0,1]**
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262637686_3q2cd4.jpg?imageView2/0)
- 右键选择模型树节点Reports,点击弹出菜单项New Report > DFBI > 6-DOF Body Orientation创建新节点Y Rotation,如下图所示设置新创建节点的属性参数
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262631337_qsa6nh.jpg?imageView2/0)
- 同时选中节点Y Rotation及Z Translation,点击右键菜单Create Monitor and Plot from Report
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262600588_gnu1jg.jpg?imageView2/0)
- 打开的对话框中,选择按钮Multiple Plots(one per report)
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262635905_sxwzvp.jpg?imageView2/0)
17 初始化并计算
- 选择菜单Solution → Initialze Solution进行初始化
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262603088_ac0vl2.jpg?imageView2/0)
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262591428_91w6os.jpg?imageView2/0)
18 计算结果
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262597210_75sblg.jpg?imageView2/0)
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262602479_4275bn.jpg?imageView2/0)
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1641262603839_i732hz.jpg?imageView2/0)
本案例为STAR CCM 2021.3随机案例,留此备日后查阅。
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(案例结束)
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博士
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探讨CFD职场生活,闲谈CFD里外
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