STAR

STAR-CCM+在14.06版本中新增了Simulation Operations功能，可以高效地实现原来的co-simulation功能，实现流固共轭传热中的多时间尺度耦合。模型描述：针对冷板设计进行多时间尺度的共轭传热仿真（Multi-Timescale Conjugate Heat Transfer）。

东西/原料

STAR-CCM+ 14.06

模子导入

1
双击桌面图标启动STAR-CCM+ 14.06程序，新建一个simulation，选择Parallel on Local Host，Compute Processes设为2，点击OK，保留模子为plate_multiscale.sim。
2
右键Geometry > 3D-CAD Models > new，新建3D-CAD Model，导入CAD model，选择plate.stp。
3
选择冷板进出口地点概况，右键选择Extract Internal Volume，勾选Transfer Names > Face Names，点击OK，完当作内流道的提取。
4
Close 3D-CAD退出。右键Geometry > 3D-CAD Models > 3D-CAD Model 1，右键New Geometry Part，默认设置，点击OK。模子从3D-CAD Model导入到Parts。建立Geometry Scene显示模子。
5
将PartBody 2重定名为water。右键Default概况，选择Split by Non-Contiguous，Default重定名为inlet，Default 2重定名为outlet，PartBody重定名为wall。
6
将PartBody重定名为plate。选中Parts > plate > Surfaces > PartBody，右键Split by Patch，选择冷板上概况，定名为flux，点击Create。

网格划分

1
点击Operations > New > Boolean > Imprint，全选所有Part，勾选Perform CAD Imprint，Tolerance设为1e-6，右键Execute。
2
点击Geometry > Descriptions > Imprint，右键Repair Surface，点击OK。
3
点击Execute All查抄概况质量，成果显示无穿刺，无自由边等影响网格划分的缺陷。
4
同时选中Parts下的plate和water，右键选择Assign Parts to Regions，相关设置如图。
5
点击Operations > New > Mesh > Automated Mesh，Parts选plate和water，Enabled Meshers选择Surface Remesher、Polyhedral Mesher、Prism Layer Mesher和Thin Mesher。
6
点击Automated Mesh > Thin Mesher，勾选Customize Thickness Threshold属性。
7
点击Automated Mesh > Default Controls，Base Size设为10 mm，Number of Prism Layers设为4，Prism Layer Total Thickness > Percentage of Base设为10，Thin Mesher Maximum Thickness > Percentage of Base设为50，Core Mesh Optimization > Optimization Cycles设为2，Quality Threshold设为0.7。
8
点击Automated Mesh > Meshers > Prism Layer Mesher，Near Core Layer Aspect Ratio设为0.5。
9
右键Custom Controls > New > Surface Control，重定名为Disable Prism。Part Surfaces选择plate，点击Controls > Prism Layers，选择Disable。
10
同理，右键Custom Controls > New > Part Control，重定名为Disable Thin。Parts选择water，点击Controls > Thin mesher，选择Disable。右键Operations > Automated Mesh，选择Execute。

物理模子

1
点击Continua > New > Physics Continuum，别离建立流体和固体模子。重定名Physics 1为liquid，重定名Physics 2为solid。
2
别离设置流体和固体模子，此中流体选择Steady，固体选择Implicit Unsteady。
3
点击Continua > liquid > Initial Conditions > Static Temperature，设为25℃。同理，将solid对应的Static Temperature，设为40℃。
4
点击Regions > plate，Physics Continuum选择solid，颜色主动变为灰色。

界说Interface

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

鸿沟前提

1
点击Regions > water > Boundaries > inlet，Type选择Mass Flow Inlet，Mass Flow Rate设为0.1 kg/s，Total Temperature设为25℃。同理，outlet的Type选择Pressure Outlet。plate/water [1]采用默认设置。
2
点击Regions > plate > Boundaries > flux > Physics Conditions，设置Thermal Specification前提为Heat FLux，热流密度值设为10000 W/m^2。
3
plate/water [0]采用默认设置。流体和固体之间经由过程Mapped Contact Interface传递Mapped Reference Temperature和Mapped Specified Y+ Heat Transfer Coefficient参数，从而实现多时候标准的耦合，即将流体稳态和固体瞬态的计较成果在Interface界面长进行彼此传递。Specified Y+默认值为100，可在Tools > Field Functions > Specified Y+ Heat Transfer Coefficient下查看。

求解器设置

1
点击Solvers > Steady > Stopping Criteria node，右键New Criterion > Fixed Steps，Fixed Steps设为200。
2
点击Solvers > Implicit Unsteady，Time-Step设为0.5 s。
3
点击Solvers > Implicit Unsteady > Stopping Criteria，右键New Criterion > Fixed Physical Time，设为20 s。同理，新建Maximum Inner Iterations，设为5。
4
点击全局Stopping Criteria，删除Maximum Inner Iterations和Maximum Steps，将Maximum Physical Time设为200 s。

后处置显示

1
监控冷板Flux概况的最高、最低温度。右键Reports选择New Report > Maximum，重定名为FluxMaxTemp，Parts选择plate > Boundaries > flux，Field Function选择Temperature，Units选择℃。同理，选择New Report > Minimum，重定名为FluxMinTemp，其他设置不异。
2
监控冷板Flux概况的温差。右键Reports选择New Report > Expression，重定名为FluxDiffTemp，Definition中界说${FluxMaxTempReport}-${FluxMinTempReport}，计较温差。
3
监控系统压降。右键Reports选择New Report > Pressure Drop，重定名为PressureDrop，High Pressure选择inlet，Low Pressure选择outlet，Units选择bar。
4
同时选中FluxMaxTemp，FluxMinTemp，FluxDiffTemp，右键选择Create Monitor and Plot from Report，点击Single Plot。将新建的Plot重定名为FluxTemp，Title也重定名为FluxTemp。点击Plots > FluxTemp > Axes > Left Axis > Title，点窜为Temperature。同理，对Pressure Drop建立Monitor和Plot。
5
建立一个scalar scene监控温度。选择所有Part，Scalar Field > Function设为Temperature，Units选择℃；Contour Style选择Smooth Filled；Color Bar，将Title Height设为0.04，Label Height设为0.035。
6
点击Plots > FluxTemp，右键Create Plot Image Annotation。点击Tools > Annotations > Plot Image 1，左键拖拽至Scalar Scene 1，调整格局。

Simulation Operations设置

1
点击Tools > Simulation Operations，右键选择New，重定名为MultiTimeScale Workflow。
2
点击MultiTimeScale Workflow > Operations，右键New > Clear Solution。
3
界说一个全局参数记实迭代次数。点击Tools > Parameters，右键New > Scalar，重定名为LoopCounter。
4
点击Simulation Operations > MultiTimeScale Workflow > Operations，右键New > Set Scalar Parameter，重定名为Reset LoopCounter，Parameter选择LoopCounter。
5
点击MultiTimeScale Workflow > Operations，右键New > Loop，Predicate Type选择Stopping Criterion Predicate，Stopping Criterion Predicate选择[Maximum Physical Time]。
6
点击MultiTimeScale Workflow > Operations > Loop > Operations，右键New > Set Scalar Parameter，重定名为Increase LoopCounter，Parameter选择LoopCounter，Value界说为$LoopCounter+1。
7
点击Loop > Operations，右键New > Solve Continua，重定名为Solve Fluid Continua，Continua选择liquid。同理，建立Solve Solid Continua，Continua选择solid。
8
监控耦合迭代次数。右键Reports选择New Report > Expression，重定名为Coupling Iteration，Definition界说为$LoopCounter，右键Create Annotation from Report。点击Tools > Annotations > Coupling Iteration，左键拖拽至Scalar Scene 1。
9
监控流体迭代次数。右键Reports选择New Report > Physics Continuum Iteration，重定名为Iterations: Fluid，Physics Continuum选择liquid。右键Create Monitor from Report。同理，建立Iterations: Solid，Physics Continuum选择solid。
10
点击Plots > Residuals，重定名为Fluid Plots，X-Axis Monitor选择Iteration: Fluid Monitor。
11
点击Monitors > Energy，右键Create Plot from Monitor。点击Plots > Energy Plot，X-Axis Monitor选择Iteration: Solid Monitor。

提交计较

1
在菜单栏点击Set Active Simulation Operations，选择MultiTimeScal Workflow。
2
点击Tools > Simulation Operations > MultiTimeScale Workflow，右键select Play/Resume。

成果

1
Fluid Plots曲线。流体稳态计较，迭代200步一个轮回。
2
Energy Plot曲线。固体瞬态计较，内迭代5步，时候步长0.5 s，20 s一个时候轮回，也即迭代200步一个轮回。
3
Pressure Drop曲线。压降在小规模内波动，但每次迭代都达到收敛。
4
温度场云图。经由过程Run Report可知，FluxMaxTemp为27.9 ℃，FluxMinTemp为26.3 ℃，FluxDiffTemp为1.63 ℃。Coupling迭代总计10步，但从FluxTemp曲线看，耦合迭代4步，约80 s时，温度已经趋于不变。对于复杂模子的计较，经由过程合理的调整求解参数，采用多时候标准耦合仿真方式可以提高整体的计较效率。