基于STAR-CCM+的雨漏CFD分析

STAR-CCM 与流场计算引言流场计算是一种广泛应用于工程领域的数值计算方法，用于模拟和分析流体在不同条件下的运动行为。

STAR-CCM是一款强大的流体力学模拟软件，广泛应用于航空航天、汽车、能源等工程领域。

本文将介绍STAR-CCM的基本原理和流场计算的一般步骤，并介绍一些常见的流场计算应用案例。

STAR-CCM 简介STAR-CCM是由CD-adapco公司开发的一款多物理场数值计算软件，主要用于模拟和分析流体、热传导、传热和化学反应等多种物理现象。

该软件基于有限体积方法和并行计算技术，能够对复杂的流体力学问题进行精确求解。

STAR-CCM的主要优势包括： 1. 多物理场模拟：STAR-CCM 能够模拟和分析流体、固体、传热、燃烧、电磁场等多个物理场，可以全面考虑多种耦合效应。

2. 自动网格生成：软件内置了自动网格生成工具，能够快速生成高质量的计算网格。

3. 强大的后处理功能：STAR-CCM提供了丰富的后处理工具，可以对计算结果进行可视化和分析。

4. 用户友好的界面：STAR-CCM的用户界面简洁直观，使用方便，适用于各种复杂工程问题的模拟和分析。

流场计算步骤流场计算通常包括以下几个步骤：1. 几何建模首先需要进行几何建模，即将流场的几何形状进行建模和排布。

可以使用专业的三维建模软件（如CATIA、SolidWorks 等）创建几何模型，并将模型导入到STAR-CCM中进行后续计算。

2. 网格生成在建模完成后，需要生成计算网格。

计算网格的质量对计算结果的准确性和稳定性有很大影响。

STAR-CCM提供了自动网格生成工具，可以根据模型的复杂程度和计算需求生成合适的网格。

3. 边界条件和物理模型设置在进行流场计算前，需要设置边界条件和物理模型。

边界条件包括入口条件、出口条件、壁面条件等，用于描述流体在边界上的行为。

物理模型包括流体模型、传热模型、湍流模型等，用于描述流体的物理特性和运动行为。

CFD分析在解决灯具起雾问题中的应用摘要：本文应用STAR-CCM+软件对某起雾严重的前雾灯进行了仿真分析，通过稳态和瞬态分析方法找出有效的方案，并通过试验验证了方案的有效性，最终解决了前雾灯起雾问题，确认了仿真结果的正确性，也证明了CFD方法解决复杂物理现象问题的可行性。

关键词：前雾灯、起雾、CFD、试验0前言灯具起雾一直以来都是客户抱怨的问题，这一问题影响行车安全，也影响美观，汽车前雾灯安装于汽车前部，比前照灯稍低，亮度高、穿透性强，用于雨雾天气行车时照亮道路和安全警示，对正常行车和安全驾驶有着极其重要的作用。

前雾灯同样存在起雾问题，与汽车前大灯不同的是前雾灯的配光镜为玻璃，玻璃的热导率远大于PC材料，因此前雾灯遇到雨雪等恶劣天气更易起雾，且不能通过增加防雾涂层来解决，这对前雾灯设计提出了更高要求，各部件布置位置关系、结构特征、通气孔布置位置、通气孔个数等都对前雾灯的起雾特性有重要影响，结构设计不合理会导致灯内起雾、积水、进而影响灯具使用寿命。

本文描述了某车型前雾灯起雾问题的发现、起雾现象再现，详述了应用仿真手段研究和解决起雾问题，优化方案进行了样件制作和验证试验，确认了仿真的正确性，也充分证明了通过仿真分析解决起雾问题的可行性。

1起雾问题与仿真模型1.1起雾问题某车型在路试过程中发现前雾灯起雾严重，而前雾灯均已做过密封性和防水性试验，均合格，排除密封不良问题，考虑起雾原因是前雾灯结构设计不合理，灯内空气流动不畅。

对前雾灯做单体起雾试验，选择问题前雾灯和另一款无起雾问题的前雾灯做对比，比较雾气消散差异，前雾灯起雾试验包括三个阶段：1、高低温试验箱中点灯，直至前雾灯温度场恒定，时长约2小时；2、淋水60秒；3、静置直至雾气消散；试验结果如表1所示。

名称淋水后30S 淋水后150S 淋水后300S 淋水后600S问题雾灯参考雾灯从试验情况看，问题前雾灯起雾严重，表现在雾层厚、雾珠大、雾气消散慢，淋水10分钟后，起雾面积仍有约50%，且雾珠较大；而参考前雾灯起雾后雾层薄，且雾气消散快，起雾特性优于问题前雾灯。

基于starccm的电池热管理仿真案例文件摘要：一、StarCCM电池热管理仿真概述1.StarCCM软件介绍2.电池热管理的重要性二、电池热管理仿真案例分析1.液冷系统案例2.直冷热仿真案例三、电池热管理仿真流程与方法1.几何清理与网格划分2.边界条件设置3.热仿真分析4.结果评价与优化四、StarCCM在电池热管理中的应用前景1.提高电池性能与安全性2.降低整车重量和成本3.优化热管理系统设计正文：基于StarCCM的电池热管理仿真案例文件一、StarCCM电池热管理仿真概述1.StarCCM软件介绍StarCCM是一款强大的计算流体力学（CFD）软件，广泛应用于航空航天、汽车、能源等领域的仿真分析。

StarCCM具有丰富的热管理功能，可以满足电池热管理仿真的需求。

2.电池热管理的重要性随着新能源汽车的快速发展，电池热管理成为影响电池性能、安全性和续航里程的关键因素。

有效的电池热管理可以提高电池的寿命、可靠性和安全性，降低整车重量、提高比能量和经济性。

二、电池热管理仿真案例分析1.液冷系统案例本案例中，液冷系统采用两进两出的并联方式，箱体采用集成液冷系统设计。

通过型材水冷板总成和框架总成进行固定和密封。

液冷系统的优势在于其结构组件借用了箱体设计，具有较高的冷却效率和可靠性。

2.直冷热仿真案例直冷技术正逐渐受到关注，因为它具有冷却效率高、组件少、降低整车重量等优点。

直冷技术采用制冷剂的沸腾传热代替冷却液的单相换热进行电池冷却。

随着直冷技术在头部企业的广泛应用，热管理行业已经掀起了一股直冷技术的研究热潮。

三、电池热管理仿真流程与方法1.几何清理与网格划分在进行电池热管理仿真前，首先需要对电池包进行几何清理，提取电芯、导热硅胶、铜排、端板、busbar、水冷板等部件。

然后设置合适的网格尺寸，进行面网格划分。

接着生成体网格，包括边界层网格、拉伸层网格、管壁薄层网格和多面体网格。

2.边界条件设置根据实际工况，为电池热管理仿真设置合适的边界条件，如温度、热流密度等。

STAR-CCM 与流场计算简介STAR-CCM是一种流体力学（CFD）软件，可以对流体流动、热传导以及其他与流体有关的物理现象进行数值模拟和分析。

它是一种广泛应用于工程和科学领域的计算流体力学（CFD）工具。

STAR-CCM的优势在于其强大的求解器和用户友好的界面，使得它成为工程界最流行的CFD软件之一。

本文将介绍STAR-CCM软件以及其在流场计算中的应用。

STAR-CCM的特点1.多学科耦合：STAR-CCM可以同时模拟多种物理问题，如流体流动、传热、化学反应等。

它能够实现不同学科之间的相互耦合，使得用户能够更全面地分析问题。

2.强大的求解器：STAR-CCM采用了高效的求解算法和数值方法，可以解决复杂的流场问题。

其多重网格技术和并行计算能力保证了高效率和准确性。

3.用户友好的界面：STAR-CCM提供了直观、易于使用的图形界面，使得用户能够方便地建模、设置边界条件和运行仿真。

用户可以通过拖拽、点击等操作来完成复杂的模型建立和设置。

4.大数据处理能力：STAR-CCM支持处理大规模数据，可以快速生成、分析和可视化模拟结果。

用户可以通过丰富的后处理工具来深入理解模拟结果，并做出相应的决策。

应用案例汽车空气动力学模拟STAR-CCM可以对汽车在行驶过程中受到的空气动力学影响进行模拟和分析。

通过建立汽车的几何模型并设置相应的运动条件，可以得到汽车在不同速度下受到的气流阻力、升力等信息。

这些数据对于汽车设计和优化来说非常重要。

风力发电机模拟利用STAR-CCM可以模拟风力发电机在不同风速下的运行情况。

通过建立发电机的几何模型和设置运动边界条件，可以预测发电机在不同风速下的输出功率和振动情况。

这些模拟结果对于风力发电机的设计和性能评估有重要意义。

航空航天器气动学模拟STAR-CCM可以对航空航天器在进入大气层过程中的气动性能进行模拟和分析。

通过建立航空航天器的几何模型和设置相应的气动参数，可以预测航天器在不同速度和姿态下的空气动力学特性，如升力、阻力等。

水道STAR-CCM+分析过程 一、前处理 1、导入面网格

选择面网格文件 导入模式，选择创建新零部件，其他保持默认

下图为导入的水道的几何视图 在零部件中的PRT001上,右键，选择修复表面 保持默认设置 点击右下方的执行，查找有问题的面

下面两幅图是显示的有问题的面或者线，其中的2和3是无关紧要的，取消勾选,并且可以看出第1项（穿刺面)有一个错误，从下面的第三幅图也可以看出。 有穿刺的面（关于表面的修复是个比较费时且复杂的活,但是很基础，一定要做好）

通过观察把相应的面删除

选中需要删除的面之后,点击删除面 下图为删除之后的面,按住ctrl键，并多选这几条曲线（需要构成一个回路）,选择填充孔，就可以把这个面补上。

下图为填上的面，此时穿刺面已经没有了，并且没有自由边了。 2、拆分表面

因为建立这个模型的时候，表面分的比较多，所以可以先合并表面，在拆分表面之前,把所有的表面全部选上，右键，点击结合. 有两种方法可以拆分表面 方法1 直接在表面选择以角度分割 选择根据角度进行分割

把角度改成70（根据模型的形状进行设定,根据经验）点击确定 下图为根据角度分割出的六个表面（一会还有根据表面的类型和用途，进行合并）

下图是把表面按类型进行结合和重新命名之后的图 方法2 在修复表面里进行表面拆分

右键零部件PRT0001,点击修复表面

选择一个面（双击一个面，软件会自动的根据一些规则把这个面全选上) 在组织里，按图中的设置勾选

点击新建,会出现右边的对话框,输入这个面的名字（在这里命名为inlet），点击确定。

点击修改，即可储存这个零件表面命名的设置

其他几个面和这个方法一样，不再赘述. 如果有零件没有出现，可能是由于以下几种原因 可能是几何场景没有打开，双击即可打开几何场景，并且要检查几何和轮廓的可见性，在几何和轮廓右击，即可切换可见性。

如果看到几何场景已经打开,但是看不到零件 拖拽零件到几何场景中,释放鼠标,选择添加到几何（几何是三维表面图，轮廓是轮廓线)。 如果单一表面不出现，也是通过拖拽进行显示的. 二、区域和连续体设置 1、分配零件到区域 点击分配零部件至区域

1 噪声分析方法及模型准备1.1 噪声分析方法概述基于STAR CCM+软件，对进气泄压阀气动噪声进行稳态和非稳态仿真分析。

通过稳态分析，分别采用宽带噪声源模型Curle和Proudman，求解表面噪声源和体噪声源，并根据这两种噪声源的分布情况确定进气泄压阀主要气动噪声的位置和噪声水平。

通过非稳态声场分析，对流场内的近场应用非稳态N-S方程的DES湍流模型，计算过程中对流场内的测点压力进行监测。

对流场外部的远场，应用FW-H积分模型，将模型的壁面设置为不可穿透壁面，基于近场结果对远场测点的压力进行计算。

后处理采用快速傅里叶变换（FFT），将计算得到的测点压力时域值转换为频域值，进而得到不同测点声压级随频率变化的情况。

1.2 进气泄压阀三维仿真模型的建立吉利某机型采用的进气泄压阀三维模型如图1所示，由于本文只分析进气泄压阀的气动噪声，在对CFD仿真分析结果影响不大的前提下，为了减少计算工作量，选取进气泄压阀气动噪声分析的流域为一段阀前管路（即压气机出口管路）内腔、泄压阀内流道和一段阀后管路（即压气机进口管路）内腔。

如图2所示分别为进气泄压阀两种方案的内腔模型，阀门开度一致，两个方案的主要差别在于方案二相对于方案一将阀前部分通道直径加大2mm。

图1 进气泄压阀三维模型（a）方案一流域（b）方案二流域图2 进气泄压阀内流域模型2 仿真模型选择及参数设置2.1 网格划分基于Trimmer、边界层和拉伸网格模型来创建进气泄压阀流域的体网格。

考虑到声场计算对网格分辨率有要求，以保证噪声频率能够达到解析要求[3]。

设置网格基本尺寸为1.5mm，边界层共3层，边界层总厚0.3mm，默认网格增长率和边界网格增长率都设置为“非常慢”，以保证整体网格的平滑过渡及形变处的网格精度。

创建V olumetric Control 对阀内流道及阀进出口附近的网格进行体加密，基本网格尺寸设置为0.75mm 。

另为防止进出口回流，对进口拉伸100mm ，出口拉伸150mm ，整个模型网格总数约88万。

随着计算机技术发展，三维计算流体力学逐渐被应用于计算电机内部流场温度场分布，已成为分析电机内部通风散热的主要工具，通过和有限元软件结合可以进行多物理场耦合仿真。

运用CFD 方法对电机内部流场进行研究，一方面避免传统等效风路法对风路过度简化造成的结果失真，提高仿真结果的精度；另一方面有助于深刻认识和揭示电机内部换热条件和机理，为电机冷却系统的优化设计提供理论依据[1~3]。

本文以公司常规电机为研究对象，运用CFD 方法对电机内风路进行研究，确定通风道内流量分配，优化铁心档厚度分布，为电机结构和冷却系统的优化设计提供有价值的参考和依据[4]。

1 电机结构特点及流路分布1.1 电机结构该电机型号YSKK500-6P，功率560kw，效率95.1%。

具体风路如图1所示。

该电机风路为单风路，冷却后的空气由左边（轴伸端）的电机进风口进入电机内部，分成两路，一路进入转子筋，经转子径向风道进入气隙，再进入定子径向风道，经过U型孔流出，之后进入风扇，受风扇作用后从电机出风口进入冷却器，这是主风路；另一路少部分空气直接进入气隙，在气隙中流动，一部分与第一路汇合进入定子径向风道，另一部分依然在气隙流动，最后流出铁心，和第一路汇合，进入风扇，之后从电机出风口进入冷却器。

图1 电机流路示意图1.2 铁心档方案分析采用的流体模型如图2所示，由于是单循环风路，所以整体建模。

（方案一）原始电机模型：铁心长550mm，铁心总档数11，铁心A档长度46mm，共2档；铁心B档每档长度42mm，共9档，风道宽8mm，风道数10个（方案二）改铁心档厚度电机模型：近轴伸端处铁心档厚度依次按26mm、26mm、30mm、34mm、38mm、42mm、46mm、50mm、54mm、60mm、64mm 变化，其余不变。

（方案三）根据定子出风道流量进行铁心档厚度优化，使铁心档厚度与流量匹配：近轴伸端处铁心档厚度依次按32mm、32mm、34mm、34mm、44mm、46mm、48mm、50mm、52mm、54mm、44mm变化，其余不变。