Star CCM+ 案例 - 旋风分离器（cyclone separator）-几何的构建

案例介绍：

旋风分离器（cyclone separator），是用于气固体系或者液固体系的分离的一种设备。工作原理为靠气流切向引入造成的旋转运动，使具有较大惯性离心力固体颗粒或液滴甩向外壁面分开。

下图是旋风分离器（cyclone separator）的装备示意图

下图为需要模拟的旋风分离器的参数。在 Star CCM+中的【3D-CAD】中创建几何时，可为核心直径 D 设置设计参数。随后，可以通过调整参数来设置所需的任意直径，并相应地更新所有其他尺寸。

1. 使用3D-CAD创建旋风分离器的几何模型

首先启动【STAR CCM+】

点击【几何】节点下的【3D-CAD模型】，右击，【新建】

3D-CAD 环境并创建 3D-CAD 模型。3D-CAD 中会显示该 3D-CAD 模型特定的对象树。该树包含体组、特征、设计过滤器以及设计参数节点。还会自动创建 3D-CAD 视图场景。该场景最初会显示三个起始草图平面，它们会用作向其中添加特征的基础模型

在【3D-CAD】环境中，将 3D-CAD 模型 1 节点重命名为 Cyclone

1.1 创建一个设计参数

在 3D-CAD 中，可以使用设计参数代替尺寸值，或将其作为提供尺寸的表达式的一部分，比如在前面的示意图中，直径为D，可以通过调整参数来设置所需的任意直径，并相应地更新所有其他尺寸。

创建一个设计参数，用于据此在旋风几何中缩放零部件的尺寸和位置

右键单击设计参数节点，然后选择新建 > 长度
将【长度】重命名为【D】
双击【D】节点，在属性窗口中，将值设为 0.205 m

1.2 创建出口管

出口管的位置如下图所示

通过转换创建平面：

右键单击特征 > XY 节点，然后选择参考几何 > 通过转换创建平面
点击【通过变换创建平面】，单击确定
选择【Plane 1 】节点，双击，然后在属性窗口中为平移矢量的 Z 分量输入 -0.75*$D
在 3D-CAD 面板底部，单击【更新 3D-CAD】

转换草图平面在负 Z 方向上定位于 0.75D，远离 XY 平面。在此平面上，可以创建出口管横截面的草图。然后，该草图将朝 XY 平面反向拉伸

创建出口管草图：

右键单击【Plane1】节点，然后选择创建草图
草图面板中单击【查看草图平面法向】。此操作将草图平面与屏幕对齐

在草图面板中，单击【创建圆】，将光标移到 3D-CAD 视图场景中的网格上方。鼠标指针有一个与其相连的紫点，它会指示方格上的点位置。
要绘制圆，可将点定位在原点 (0,0) 上，单击一次，然后向外移动指针。要设置圆的半径，可再次单击
右键单击圆的边缘，然后选择【应用半径尺寸】
在尺寸对话框中，输入【 0.25*$D】，然后单击确定

拉伸草图即可形成出口管：

在特征树中，右键单击【Sketch 1】节点，然后选择拉伸
.在拉伸面板中，将距离设为 1.25*$D
单击确定
展开【体组】节点，然后选择【Body 1】，将其重命名为【outlet_pipe】

此时便为旋风分离器创建了出口管

1.3 创建旋风分离器主体和圆锥截面

主体与圆锥截面的位置如下图所示，上方是主体（Main_body）,下方为圆锥截面（Cone）

创建旋风分离器的主体的草图：

右键单击【 XY】节点，然后选择创建草图
在草图面板中单击（查看草图平面法向）
单击（创建圆），并绘制一个以原点 (0,0) 为中心的圆。
右键单击圆的边缘，然后选择【应用半径尺寸】
在尺寸对话框中，输入 0.5*$D，然后单击【确定】
在草图面板中单击【确定】

拉伸草图，生成主体：

右键单击【Sketch 2】节点，然后选择【拉伸】
在拉伸面板中，将距离设为 1.5*$D，体相互作用选择无
在拉伸面板中单击【确定】
在体组节点中，将【Body 2】重命名为【Main_body】

移除出口管道占用的体积：

在【体组】下，右键单击【Main_body】节点，然后选择【布尔】 >【减运算】
在体的减运算面板中，在工具体选择框的右侧，单击 ....
在选择工具体面板中，选择【outlet_pipe】
在体的减运算面板中，激活【保留工具体】和【压印】这两个选项
点击【确定】

主体零部件的底面抽取草图

在可视化工具栏中，单击【使场景透明】
在图形窗口中选择【Main_body】的底面
在面上右键单击，然后选择【创建草图 > 根据面边】
在草图面板中单击【确定】，在【特征】下形成了【FaceSketch1】

创建一个要在其上绘制旋风底座草图的平面：

右键单击 XY 节点，然后选择【参考几何 > 通过变换创建平面】
.在通过转换创建平面面板中，单击确定
选择【Plane 2】节点，然后在属性窗口中为平移矢量的 Z 分量输入【 4*$D】
在 3D-CAD 面板底部，单击更新 3D-CAD

具体步骤在前面已有展示，这里不再展开

绘制旋风底座：

右键单击【Plane2】节点，然后选择创建草图
在草图面板中单击【查看草图平面法向】
单击【创建圆】，然后以原点为中心画圆
右键单击圆，然后选择【应用半径尺寸】
在尺寸对话框中，输入 0.18*$D，然后单击确定
在草图面板中单击确定

具体步骤在前面已有展示，这里不再展开

使用放样特征创建圆锥截面的体：

选择【Sketch 3】草图节点，按住 <CTRL> 同时选择】FaceSketch 1】节点
右键单击其中某个节点，然后选择【放样】
在放样面板中，体相互作用选择无，单击确定
将【Body3】重命名为【Cone】

此时将为旋风分离器几何创建主体和圆锥截面

1.4 创建进口管

在体组节点下，右键单击 Main_Body 节点，然后选择【布尔运算 > 切片】
在片体面板中，将草图平面设为 YZ，然后单击确定
在体组节点下，右键单击【Main_Body 2】节点，然后选择隐藏

在可视化工具栏中，单击【保存-恢复-选择视图】，然后选择【视图 > -X > 上 -Z
在图形窗口中，右键单击主体的横截面，然后选择创建草图 > 一个面。

将图形放大，右键单击【Main_body】的垂直外边，然后选择作为【构造映射至草图】
将图形放大，右键单击【Main_body】的顶边，然后选择作为【构造映射至草图】

要创建入口的初始矩形：

在草图面板中，单击【创建矩形】
在【Main_body】的左上角附近单击，而不是单击左上角
再次单击第一个点的右下角，如图所示

约束草图，使矩形的左边和顶边与主体的边共线：

按住 <CTRL> 键同时选择矩形的左边和垂直构造线，右键单击选择，然后选择【应用共线约束】
同时选择矩形的顶边和顶部水平构造线，右键单击选择，然后选择【应用共线约束】

使用设计参数定义入口的高度和宽度：

右键单击矩形的一个垂直边，然后选择【应用长度尺寸】
在尺寸对话框中，输入 0.5*$D，然后单击确定
对矩形的一条水平边重复这些步骤，但使用尺寸 0.2*$D
在草图面板中单击确定。

要拉伸草图：

右键单击【Sketch4】节点，然后选择拉伸
在拉伸面板中，为距离输入 1*$D，【体相互作用】选择无，然后单击确定。
将【体组】节点下的【Body5】重命名为【inlet_zone】

具体步骤在前面已有展示，这里不再展开

在图形窗口中，右键单击背景，然后选择恢复 > Hidden Bodies(隐藏的体)

在【体组】的节点下，选择【Cone\inlet_zone\Main_body\Main_body2】,右击选择【布尔运算>>组合】，生成新的体，将其重命名为【Main_body】

1.5 指定面名称

准备模型几何的最后一步是通过设置面名称，指定模型的入口、出口和交界面（挡板和流体）。

通过几何零部件将 3D-CAD 模型导入模拟时，已指定名称的面会定义为单独的零部件表面。然后，将几何指派给区域时，可以选择自动将这些表面区分为不同的边界。

旋转模型，以显示入口管
右键单击矩形入口面，然后选择重命名【inlet】
右键单击出口管顶部的圆面，选择重命名，为【outlet】

为交界面命名面时，必须依次标识交界面每一侧的面。此过程通常需要隐藏整个体，以便呈现出交界面。

要命名交界面的面：

在体组下，右键单击【Main_body】节点，然后选择隐藏。右键单击【outlet_pipe】的底面，然后选择重命名，命名为【Fluid_Int_Outlet】
另一个交界面命名为【Baffle_Int_Outlet】
在体组下，右键单击【Main_body】节点，然后选择显示。右键单击【outlet_pipe】节点，然后选择隐藏。右键单击主体内出口管的底面，然后选择重命名，命名为【Fluid_Int_Main】。
右键单击主体内挡板的弯曲表面，然后选择重命名，【 Baffle_Int_Main】