Современные проблемы инженерного моделирования
В условиях современной конкуренции нужно уметь быстро предсказать реальные эксплуатационные характеристики производимой продукции. Для достижения успеха инженерные модели должны принимать в расчет широкий спектр физических явлений, охватывающих множество различных дисциплин. Чтобы этого добиться, компании часто тратят время на разработку программного кода, обеспечивающего взаимодействия многих инструментов как единого целого. В этом случае остается меньше времени на анализ результатов, а автоматизация расчетов часто остается за рамками работ.
|
Многодисциплинарные расчеты, которым вы можете доверять
STAR-CCM+ поставляет точные и эффективные многодисциплинарные технологии, доступные через единый интегрированный пользовательский интерфейс. Это позволяет совместно исследовать комплексные промышленные задачи в сложных физических условиях. Таким образом, повышается точность и скорость поиска наилучшего решения. Средства STAR-CCM+ охватывают широкий спектр физических и инженерных дисциплин, включая динамику жидкости, механику твердых тел, многофазные течения и течения с частицами, акустику, теплообмен, реагирующие среды, электрохимию и реологию. Использование скриптов на языке Java существенно расширяет возможности использования программы.
Программный комплекс позволяет моделировать физические процессы:
-
Аэроакустику;
-
Газо- и аэродинамику, динамику жидкостей;
-
Теплообмен;
-
Многофазные течения;
-
Движение частиц в потоке;
-
Взаимодействующие потоки;
-
Решение задач механики деформируемого твердого тела;
-
Электрохимические процессы;
-
Электромагнетизм;
-
Реологию.
Динамика жидкостей: моделирование течения на макро- и микроуровне
Возможности вычислительной гидродинамики (CFD) в STAR-CCM+ позволяют использовать эффективный набор точных моделей и решателей, работающих в параллельном режиме. Этот процесс создает прочную базу для проведения многодисциплинарных численных исследований.
-
Совместный и раздельный решатели для массы, импульса и энергии для анализа течений со скоростями от дозвуковых до гиперзвуковых.
-
Стационарные и нестационарные, явные и неявные формулировки позволят вам выбрать подходящий решатель для конкретной задачи.
-
Широкий диапазон моделей турбулентности от осредненных по Рейнольдсу (RANS) до вихреразрешающих DES/LES дает возможность рассчитать турбулентность с различными масштабами детализации.
-
Имеются встроенные инженерные модели пористой среды, вентиляторов и теплообменника для многосвязных расчетных областей.
![]() |
Многофазный поток: прогноз реального поведения конструкции
Задачи расчета многофазных течений присутствуют почти в каждой отрасли и представлены широким кругом проблем. Средства для правильного расчета взаимодействия жидкости и твердой фазы — ключевой элемент моделирования работы устройств в реальных условиях. В STAR-CCM+ имеются возможности, представленные ниже.
-
Эйлеровский подход.
- Эйлеровская модель многофазности (ЕМР) - модель для расчета сплошного течения перемешивающихся и реагирующих жидкостей в общем случае. Применяется для анализа пузырьковых колонн, псевдоожиженных слоев, миксеров.
- Многофазная смесь - модель, которая быстрее, чем ЕМР для таких приложений, как парогенераторы, бойлеры, паровые турбины и т.д.
- Метод Volume-of-Fluid (VOF) используется для анализа течения несмешивающихся жидкостей. Этот метод широко используется для анализа гидродинамики судов и определения их мореходных качеств.
- Модель пленки жидкости - идеальна для моделирования тонких пленок на поверхности. Применяется для моделирования загрязнения автомобиля, обледенения, впрыска топлива и других задач.
- Дисперсная многофазность (DM) - уникальная упрощенная модель в STAR-CCM+ используется для моделирования взаимодействия капель, часто в сочетании с моделью пленки жидкости.
- Lage Scale Interface Model - сочетает преимущества эйлеровской модели и модели VOF и предназначена для анализа процессов с явным выделением границы раздела фаз. Применяется для решения задач со свободной поверхностью и для анализа струй жидкости в газе.
![]() |
-
Лангранжев подход (Динамика частиц).
- Лангранжева модель многофазности - используется для исследования течений с большим количеством дисперсных частиц. Применима для моделирования напыления покрытий, эрозии, аэрозолей и других задач.
- Метод дискретных элементов (DEM) - используется для моделирования течений с большой концентрацией твердых частиц, учитывающих контакт частиц и влияние их формы на течение, а также для анализа взаимодействия плотно упакованных частиц. Применяется для анализа движения частиц в таких устройствах, как бункеры и конвейеры с расчетными сетками достаточной подробности.
![]() |
Акустика: широкий диапазон моделей для моделирования шума в нестационарных потоках
STAR-CCM+ имеет обширную библиотеку точных моделей для анализа источников аэроакустического шума:
-
Стационарные модели - предназначены для быстрого определения источников шума по результатам моделирования на основе осредненных уравнений, определения достаточности расчетной сетки для анализа высокочастотного шума и ее улучшения на основе расчета.
-
Прямое моделирование акустики - точное моделирование источников шума с использованием вихреразрешающих моделей DES/LES, включая расчет турбулентности и распространения шума в ближнем поле.
-
Модель распространения шума - модель распространения источников аэроакустического шума с использованием встроенных методов. Для анализа задач аэровиброакустики необходимо использовать методы частотного анализа с модулем Wave6.
-
Решение Уравнений Акустических Возмущений (APE) - гибридный подход с повышенной точностью и сниженными побочными эффектами для анализа акустики сжимаемых течений.
-
Применяется для анализа систем кондиционирования, вентиляции и отопления (СКВО), решения задач внешней аэродинамики, анализа шума в трансмиссии двигателей, шумы от самолетов, вентиляторов и других задач.
![]() |
Теплообмен: разработка сложных систем охлаждения за меньшее время
Используя STAR-CCM+ вы можете точно рассчитать теплообмен в жидкостях и твердых телах и сократить время для разработки. В программе доступны:
-
Решение задач сопряженного теплообмена;
-
Моделирование конвекции, теплопроводности и излучения (доступны анализ излучения между поверхностями, модель солнечного излучения, метод дискретных ординат);
-
Технология тонких стенок (2D) для уменьшения времени расчета и экономии вычислительных ресурсов;
-
Применение для анализа теплового состояния, расчета систем охлаждения двигателей, охлаждения электроники, охлаждения газовых турбин и других задач.
![]() |
Электрохимия: симуляция с меньшими ограничениями, чем когда-либо ранее
Все больше и больше инженерам требуется моделировать сложные электрохимические процессы с учетом ионообмена между жидкостью и твердой фазой. Ранее использовались собственные коды или специализированные модули для решения таких задач, что ограничивало расчетчиков двумерностью, упрощенной физикой или геометрией.
STAR-CCM+ предлагает общий электрохимический подход:
-
Сочетать использование геометрического моделирования, построения сеток и моделирования физики в STAR-CCM+;
-
Рассчитывать течение, поток, энергообмен и электрохимию совместно и открыть дверь в мир реальных химических процессов.
Применяется для анализа:
-
Энергетической безопасности (топливные элементы, аккумуляторные батареи);
-
Эксплуатационных свойств (коррозия, катодная защита);
-
Оптимизации производства (гальванопокрытие, электрохимическая обработка, электролиз, алюминий, выплавка, влажное травление).
![]() |
Механика твердых тел: мост между жидкостью и твердым телом
В STAR-CCM+ в одном интерфейсе можно решать задачи вычислительной гидродинамики методом конечных объемов и задачи механики твердых тел методом конечных элементов. Это позволяет инженерам расширить спектр рассматриваемых задач, моделировать взаимодействие жидкости со стенкой и совместно рассматривать задачи прочности, гидродинамики и теплообмена. Механика твердых тел в программном обеспечении STAR-CCM+ предоставляет следующие возможности для анализа механики твердых тел:
-
3D элементы, включая линейные и квадратичные гексаэдры, тетраэдры, клинья и пирамиды;
-
Статические, квазистатические и динамические расчеты, включая нелинейность и множество деталей с ограничениями или со скользящим контактом;
-
Моделирование линейных эластичных материалов, тепловой деформации и рэлеевское демпфирование для динамического анализа;
-
Используется для прикладных задач моделирования теплообменников, турбокомпрессоров, выпускных коллекторов, ТВЭЛов, вентиляторов, гребных винтов и т.д.
![]() |
Реагирующие потоки: прогнозирование процессов горения и выделения теплоты
В процессе использования STAR-CCM+ вы можете исследовать процессы при турбулентном течении реагирующих компонентов для нахождения компромиссных решений между эксплуатационными характеристиками и выделением тепла в проектируемом изделии в различных рабочих условиях, а также для анализа влияния качества топлива, например:
-
Изучить процесс горения и образование выбросов на основе флэимлет-моделей;
-
Провести анализ влияния примесей в газах и загрязнения поверхностей, скорости реакций на горение в химическом решателе;
-
Моделировать горение угля, полимеризацию, парообразование в реакторах посредством тейлоровских моделей;
-
Использовать для анализа газовых турбин, систем очистки, катализаторов, полимеризационных реакторов и другого химического оборудования, газовых горелок, угольных печей, камер сгорания и т.д.
![]() |
Реология: моделирование неньютоновских и вязкоэластичных материалов в индустриальных задачах
STAR-CCM+ позволяет исследовать течение сред со сложной реологией, предлагая специальные инструменты для точного описания физики этого процесса:
-
Точно моделировать поведение очень сложных вязкоэластичных материалов при использовании одного из трех стандартных уравнений (Oldroyd B, Giesekus-Leonov и PPT - всего до восьми вязкоэластичных режимов), а также использовать неньютоновские модели для растворителей;
-
Использовать преимущества инновационных численных технологий повышения устойчивости, скорости сходимости и повышения точности решения;
-
Осуществлять изменение геометрии на основе результатов в едином интерфейсе STAR-CCM+;
-
Применять для анализа смешения в миксерах (тесто, пищевые концентраты и т.д.), заполнения контейнеров (зубная паста, шампунь, т.д.), перекачивания шлаков со значительным выделением тепла, экструзии и производства материалов.
![]() |
|