STAR

STAR-CCM+在14.06版本中新增了Simulation Operations功能，可以高效地實現原來的co-simulation功能，實現流固共軛傳熱中的多時間尺度耦合。模型描述：針對冷板設計進行多時間尺度的共軛傳熱仿真（Multi-Timescale Conjugate Heat Transfer）。

東西/原料

STAR-CCM+ 14.06

模子導入

1
雙擊桌面圖標啟動STAR-CCM+ 14.06程序，新建一個simulation，選擇Parallel on Local Host，Compute Processes設為2，點擊OK，保留模子為plate_multiscale.sim。
2
右鍵Geometry > 3D-CAD Models > new，新建3D-CAD Model，導入CAD model，選擇plate.stp。
3
選擇冷板進出口地點概況，右鍵選擇Extract Internal Volume，勾選Transfer Names > Face Names，點擊OK，完當作內流道的提取。
4
Close 3D-CAD退出。右鍵Geometry > 3D-CAD Models > 3D-CAD Model 1，右鍵New Geometry Part，默認設置，點擊OK。模子從3D-CAD Model導入到Parts。建立Geometry Scene顯示模子。
5
將PartBody 2重定名為water。右鍵Default概況，選擇Split by Non-Contiguous，Default重定名為inlet，Default 2重定名為outlet，PartBody重定名為wall。
6
將PartBody重定名為plate。選中Parts > plate > Surfaces > PartBody，右鍵Split by Patch，選擇冷板上概況，定名為flux，點擊Create。

網格劃分

1
點擊Operations > New > Boolean > Imprint，全選所有Part，勾選Perform CAD Imprint，Tolerance設為1e-6，右鍵Execute。
2
點擊Geometry > Descriptions > Imprint，右鍵Repair Surface，點擊OK。
3
點擊Execute All查抄概況質量，成果顯示無穿刺，無自由邊等影響網格劃分的缺陷。
4
同時選中Parts下的plate和water，右鍵選擇Assign Parts to Regions，相關設置如圖。
5
點擊Operations > New > Mesh > Automated Mesh，Parts選plate和water，Enabled Meshers選擇Surface Remesher、Polyhedral Mesher、Prism Layer Mesher和Thin Mesher。
6
點擊Automated Mesh > Thin Mesher，勾選Customize Thickness Threshold屬性。
7
點擊Automated Mesh > Default Controls，Base Size設為10 mm，Number of Prism Layers設為4，Prism Layer Total Thickness > Percentage of Base設為10，Thin Mesher Maximum Thickness > Percentage of Base設為50，Core Mesh Optimization > Optimization Cycles設為2，Quality Threshold設為0.7。
8
點擊Automated Mesh > Meshers > Prism Layer Mesher，Near Core Layer Aspect Ratio設為0.5。
9
右鍵Custom Controls > New > Surface Control，重定名為Disable Prism。Part Surfaces選擇plate，點擊Controls > Prism Layers，選擇Disable。
10
同理，右鍵Custom Controls > New > Part Control，重定名為Disable Thin。Parts選擇water，點擊Controls > Thin mesher，選擇Disable。右鍵Operations > Automated Mesh，選擇Execute。

物理模子

1
點擊Continua > New > Physics Continuum，別離建立流體和固體模子。重定名Physics 1為liquid，重定名Physics 2為solid。
2
別離設置流體和固體模子，此中流體選擇Steady，固體選擇Implicit Unsteady。
3
點擊Continua > liquid > Initial Conditions > Static Temperature，設為25℃。同理，將solid對應的Static Temperature，設為40℃。
4
點擊Regions > plate，Physics Continuum選擇solid，顏色主動變為灰色。

界說Interface

1
點擊Interfaces > plate/water，Type選擇Mapped Contact Interface。
2
點擊plate/water > Physics Conditions > Energy Coupling Option，Energy
Coupling Option選擇Explicit。

鴻溝前提

1
點擊Regions > water > Boundaries > inlet，Type選擇Mass Flow Inlet，Mass Flow Rate設為0.1 kg/s，Total Temperature設為25℃。同理，outlet的Type選擇Pressure Outlet。plate/water [1]采用默認設置。
2
點擊Regions > plate > Boundaries > flux > Physics Conditions，設置Thermal Specification前提為Heat FLux，熱流密度值設為10000 W/m^2。
3
plate/water [0]采用默認設置。流體和固體之間經由過程Mapped Contact Interface傳遞Mapped Reference Temperature和Mapped Specified Y+ Heat Transfer Coefficient參數，從而實現多時候標準的耦合，即將流體穩態和固體瞬態的計較成果在Interface界面長進行彼此傳遞。Specified Y+默認值為100，可在Tools > Field Functions > Specified Y+ Heat Transfer Coefficient下查看。

求解器設置

1
點擊Solvers > Steady > Stopping Criteria node，右鍵New Criterion > Fixed Steps，Fixed Steps設為200。
2
點擊Solvers > Implicit Unsteady，Time-Step設為0.5 s。
3
點擊Solvers > Implicit Unsteady > Stopping Criteria，右鍵New Criterion > Fixed Physical Time，設為20 s。同理，新建Maximum Inner Iterations，設為5。
4
點擊全局Stopping Criteria，刪除Maximum Inner Iterations和Maximum Steps，將Maximum Physical Time設為200 s。

后處置顯示

1
監控冷板Flux概況的最高、最低溫度。右鍵Reports選擇New Report > Maximum，重定名為FluxMaxTemp，Parts選擇plate > Boundaries > flux，Field Function選擇Temperature，Units選擇℃。同理，選擇New Report > Minimum，重定名為FluxMinTemp，其他設置不異。
2
監控冷板Flux概況的溫差。右鍵Reports選擇New Report > Expression，重定名為FluxDiffTemp，Definition中界說${FluxMaxTempReport}-${FluxMinTempReport}，計較溫差。
3
監控系統壓降。右鍵Reports選擇New Report > Pressure Drop，重定名為PressureDrop，High Pressure選擇inlet，Low Pressure選擇outlet，Units選擇bar。
4
同時選中FluxMaxTemp，FluxMinTemp，FluxDiffTemp，右鍵選擇Create Monitor and Plot from Report，點擊Single Plot。將新建的Plot重定名為FluxTemp，Title也重定名為FluxTemp。點擊Plots > FluxTemp > Axes > Left Axis > Title，點竄為Temperature。同理，對Pressure Drop建立Monitor和Plot。
5
建立一個scalar scene監控溫度。選擇所有Part，Scalar Field > Function設為Temperature，Units選擇℃；Contour Style選擇Smooth Filled；Color Bar，將Title Height設為0.04，Label Height設為0.035。
6
點擊Plots > FluxTemp，右鍵Create Plot Image Annotation。點擊Tools > Annotations > Plot Image 1，左鍵拖拽至Scalar Scene 1，調整格局。

Simulation Operations設置

1
點擊Tools > Simulation Operations，右鍵選擇New，重定名為MultiTimeScale Workflow。
2
點擊MultiTimeScale Workflow > Operations，右鍵New > Clear Solution。
3
界說一個全局參數記實迭代次數。點擊Tools > Parameters，右鍵New > Scalar，重定名為LoopCounter。
4
點擊Simulation Operations > MultiTimeScale Workflow > Operations，右鍵New > Set Scalar Parameter，重定名為Reset LoopCounter，Parameter選擇LoopCounter。
5
點擊MultiTimeScale Workflow > Operations，右鍵New > Loop，Predicate Type選擇Stopping Criterion Predicate，Stopping Criterion Predicate選擇[Maximum Physical Time]。
6
點擊MultiTimeScale Workflow > Operations > Loop > Operations，右鍵New > Set Scalar Parameter，重定名為Increase LoopCounter，Parameter選擇LoopCounter，Value界說為$LoopCounter+1。
7
點擊Loop > Operations，右鍵New > Solve Continua，重定名為Solve Fluid Continua，Continua選擇liquid。同理，建立Solve Solid Continua，Continua選擇solid。
8
監控耦合迭代次數。右鍵Reports選擇New Report > Expression，重定名為Coupling Iteration，Definition界說為$LoopCounter，右鍵Create Annotation from Report。點擊Tools > Annotations > Coupling Iteration，左鍵拖拽至Scalar Scene 1。
9
監控流體迭代次數。右鍵Reports選擇New Report > Physics Continuum Iteration，重定名為Iterations: Fluid，Physics Continuum選擇liquid。右鍵Create Monitor from Report。同理，建立Iterations: Solid，Physics Continuum選擇solid。
10
點擊Plots > Residuals，重定名為Fluid Plots，X-Axis Monitor選擇Iteration: Fluid Monitor。
11
點擊Monitors > Energy，右鍵Create Plot from Monitor。點擊Plots > Energy Plot，X-Axis Monitor選擇Iteration: Solid Monitor。

提交計較

1
在菜單欄點擊Set Active Simulation Operations，選擇MultiTimeScal Workflow。
2
點擊Tools > Simulation Operations > MultiTimeScale Workflow，右鍵select Play/Resume。

成果

1
Fluid Plots曲線。流體穩態計較，迭代200步一個輪回。
2
Energy Plot曲線。固體瞬態計較，內迭代5步，時候步長0.5 s，20 s一個時候輪回，也即迭代200步一個輪回。
3
Pressure Drop曲線。壓降在小規模內波動，但每次迭代都達到收斂。
4
溫度場云圖。經由過程Run Report可知，FluxMaxTemp為27.9 ℃，FluxMinTemp為26.3 ℃，FluxDiffTemp為1.63 ℃。Coupling迭代總計10步，但從FluxTemp曲線看，耦合迭代4步，約80 s時，溫度已經趨于不變。對于復雜模子的計較，經由過程合理的調整求解參數，采用多時候標準耦合仿真方式可以提高整體的計較效率。