STAR-CCM+ | 汽车散热器仿真

注：本案例来自STAR-CCM+官方教程。

网格生成

几何模型

1. 启动STAR-CCM+，新建一个仿真文件
2. 在菜单栏中点击File→Import→Import Surface Mesh
3. 在弹出的窗口中，选择名为radiator_parts.x_b的几何文件，并打开
4. 保持默认的导入设置，点击OK ，完成几何文件的导入
5. 保持仿真文件，命名为radiator.sim

定义流体边界

将所有部件分配至新区域：

1. 在Geometry → Parts节点中选中所有部件
2. 右键点击其中的一个部件，在弹出的菜单栏中选择Assign Parts to Regions
3. 然后在弹出的对话框中，设置如下：

1. 得到的流体域和流体域之间的交界面如下图所示：

生成体网格

激活面网格重构，并采用切割体模式生成体网格。

1. 右键点击Geometry → Operations，选择New → Mesh → Automated Mesh
2. 在弹出的窗口中，勾选所有部件，并激活Surface Remesher和Trimmed Cell Mesher
3. 选择Operations → Automated Mesh，并激活Per-Part Meshing
4. 选择Automated Mesh → Meshers → Trimmed Cell Mesher，激活网格对齐功能Perform Mesh Alignment
5. 点击Automated Mesh → Default Controls，设置网格对齐方向和网格尺寸

下面给局部区域生成网格加密框：

1. 右击Geometry → Parts，然后选择New Shape Part → Block
2. 在对话框中设置加密框的最大和最小角点坐标，然后点击Create，并关闭窗口

1. 右键点击Operations → Automated Mesh → Custom Controls，新建一个体网格控制Volumetric Control
2. 设置体网格加密的参数如下：

最后在工具栏中点击生成体网格的按钮，即可生成如下图所示的体网格。

准备交界面

重命名散热器芯体并复 制一个相同的区域，作为空气侧和水侧的换热区域。

1. 右击Regions > core节点，将其重命名为air_core
2. 复 制air_core，并重命名为coolant_core
3. 展开Interfaces节点，删除coolantBase/core和coolantTop/core这两个交界面

另外再创建两个交界面：

1. coolant core → Boundaries → base_face和coolantBase → Boundaries → Coolant_base_interface的交界面，同时选中这两个面，右键选择Create Interface即可
2. 同理，创建coolant core → Boundaries → top_face 和 coolantTop → Boundaries → Coolant_top_interface之间的交界面

将上面的两个交界面的类型设置为Interna Interface，并将拓扑属性设置为In-place

设置物理模型

首先设置空气侧的物理模型：

1. 将Continua → Physics 1重命名为Air
2. 设置物理模型如下图所示

1. 新建一个物理节点，并将其命名为Coolant
2. 设置物理模型如下图所示：

最后给不同计算域指定物理模型：

设置边界条件

1. 选择Regions → airDuctUpstream → Boundaries → Air_inlet节点，然后设置边界类型为Velocity Inlet，设置边界条件如下图所示

1. 选择Regions → airDuctDownstream → Boundaries → Air_pressure_out节点，设置边界类型为压力出口
2. 选择Regions → coolantTop → Boundaries → Coolant_inlet，设置边界类型为质量入口，设置条件如下图

1. 设置Regions → coolantBase → Boundaries → Coolant_pressure_out为压力出口

多孔介质

散热器芯体需要处理成多孔介质，空气和冷却液在多孔介质中换热。

1. 左键点击air_core，在左下角大的属性窗口中设置类型为多孔介质，具体如下图所示

1. 同理设置coolant_core为多孔介质
2. 选择air_core → Physics Values → Porous Inertial Resistance，保持默认的正交张量设置
3. 展开这个节点，在其中设置正交张量的参数如下表

1. 编辑Porous Viscous Resistance → Orthotropic Tensor节点，设置参数如下

1. 编辑coolant_core → Physics Values → Porous Inertial Resistance → Orthotropic Tensor节点，设置参数如下

1. 编辑coolant_core → Physics Values → Porous Viscous Resistance → Orthotropic Tensor节点，设置参数如下

散热器交界面

设置实际的交换器界面：

1. 同时选择Regions → air_core  和 Regions → coolant_core
2. 右击其中一个节点，然后在弹出的菜单中选择Create Interface → Region-Mode Direct Region Interface
3. 选择Interfaces → Heat Exchanger 1节点，确认下图中的信息

1. 选择Interfaces → Heat Exchanger 1 → Physics Conditions → Heat Exchanger Method节点，设置Option为Actual Flow Dual Stream
2. 选择Heat Exchanger Data Specification节点，设置方法为UAG Table
3. 加载数据表，在左侧模型树中找到tools节点，右击它，在弹出的菜单栏中选择新建表格，如下图所示

1. 然后再对话框中加载数据表：uag_table.csv
2. 在回到刚刚创建好的交界面位置，设置参数如下

1. 选择Physics Values → Heat Exchanger Upstream Parts节点，设置如下

1. 选择Physics Values → Heat Exchanger First Iteration节点，设置First Heat Exchanger Iteration为90
2. 再次保持文件

设置监测图表和报告

1. 右击Report，选择New Report → Metrics → Surface Average
2. 重命名为Air Temperature Out
3. 选择Air Temperature Out节点，设置参数如下图所示

1. 创建另一个Surface Average报告
2. 重命名为Coolant Temperature Out
3. 设置参数如下图所示

1. 创建一个Heat Exchanger (Dual Stream)报告
2. 设置参数如下图所示

1. 给上面的报告创建检测图表
• 选择Air Temperature Out和Coolant Temperature Out节点
• 右击并选择Create Monitor and Plot from Report
• 在弹出的对话框中选择Single Plot
• 同理给Heat Exchanger (Dual Stream) 1报告也创建监测图表
• 重命名Reports Plot为Temperature Plot

设置计算停止判据

1. 选择Stopping Criteria → Maximum Steps节点，并设置最大步数为1000
2. 再次保存文件

设置可视化场景

1. 创建一个标量图
2. 创建第一个横截面部件
3. 设置横截面参数如下图，重命名界面为Section Air

1. 创建第二个横截面部件
2. 设置参数如下图，并重命名为Section Coolant

1. 在标量图中将上面两个界面加载进去即可
2. 再创建一个矢量图，把Section Coolant截面加载进去

运行及结果

1. 在工具栏中点击运行按钮，开始计算
2. 结果如下图所示