STAR-CCM+轴对称模型构建技巧分享

1 算例简介

本算例参考了一个 Fluent 官方案例中的几何模型（Fluent 2021R1 版本 "Chapter 8: Modeling Transient Compressible Flow"），展示了在 STAR-CCM+ 中构建出一个轴对称模型的基本步骤

模型的示意图如下图所示：

   计算域示意图
 

2 构建步骤

2.1 几何建模

STAR-CCM+ 中对于轴对称模型的构建限制并没有特别详细的描述，但我们能从其对 二维网格 与 轴对称模型 的构建要求中得到建模的具体限制：

二维网格：1、方格必须与 X-Y 平面对齐；2、网格必须在 z = 0 位置有一个边界平面；

轴对称模型：对称轴必须满足 y = 0 ；

   模型构建推理示意图
 

从上述条件可以推断出轴对称几何模型的构建限制：对称轴必须为 x轴，计算平面应为 z = 0；

草图绘制如下图所示：

   草图：Sketch1
 

然后对草图进行旋转操作，旋转角度在处于  \left( 0° ,360° \right)\left( 0° ,360° \right) 的未闭合状态即可。此处设定为 30 deg

   旋转操作后的几何模型
 

几何模型构建完成后，对各个面进行命名。值得注意的是：为了之后 对称轴 的正确定义，计算平面 与 对称轴辅助平面 需要分别命名

   计算平面 与 对称轴辅助平面 的命名
 

退出几何创建窗口后，创建 新几何部件；此时不必急于 将部件分配给新区域，可以先进行 2D网格化标记，之后再分配区域。网格标记结束后，模拟树的部件分支会产生相应变化

   2D网格化标记
 

2.2 区域分配 & 第一次网格划分

将标记完成后的几何部件分配至新区域后，模拟树中 区域分支 产生相应的变化

   区域分支
 

我们发现此时的 区域分支 明显还是三维模式下的边界描述，此时我们不要着急。继续进行网格划分操作

我们利用 自动网格 (2D) 进行网格划分，这里采用了 多边形网格生成器 与 棱柱层网格生成器。基础尺寸采用 0.01 m，棱柱层设定为 5 层

   第一次网格构建
 

2.3 物理模型选择 & 第二次网格划分

STAR-CCM+ 的轴对称模型并不在二维选项下，需要重新选择空间模型 轴对称；

（余下物理模型的选择可以根据具体问题进行选择）

   模型选择
 

完成模型选择后，紧接着我们对边界进行设置。此时我们可以发现：先前找不到的 axis 边界条件已经出现。此处的设置与 Fluent 官方案例保持一致

   边界条件设置
 

上述设置完成后，将第一次生成的网格清除，并进行第二次划分

   第二次网格划分
 

2.4 计算结果

计算结果如下所示，可以证明：这样的设置可以完成轴对称模型的构建需求

   压力分布
 

   速度分布
 

对称轴上压力分布提取结果如下：

   压力提取
 

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