Star-cd, аэродинамика вентиляции., страница 2

Программный комплекс STAR-CD является типичным представителем программного обеспечения из класса «тяжелых» САЕ (Computer Aided Engineering) систем, предназначенных для математического моделирования методом CFD (Computational Fluid Dynamics) следующих сложных физических процессов, сопутствующих движению среды:

·  массообмен;

·  теплообмен;

·  химические реакции;

·  горение;

·  двухфазные течения.

Причем, моделирование данных процессов проводится в так называемой «сопряженной постановке», т.е. когда необходимо учитывать взаимовлияние процессов друг на друга. Программный комплекс STAR-CD с успехом используется в различных отраслях промышленности для численного решения стационарных и нестационарных задач течения газов и жидкостей, таких как:

·  сжимаемые и несжимаемые течения;

·  турбулентные и ламинарные течения;

·  течения ньютоновской и неньютоновской жидкости;

·  течения в пористых средах;

·  теплопроводность, конвективный, сопряженный и радиационный теплообмен;

·  течения под действием внешних силовых полей;

·  течения со свободной поверхностью;

·  течения с кавитацией.

При проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха важным является обеспечение как среднеинтегральных значений нормируемых параметров в рабочей зоне, так и отсутствие их локальных отклонений от требуемых значений. С использованием методов вычислительной гидродинамики можно получить подробную информацию о распределении параметров воздушной среды в объеме помещений.

Следует отметить, что STAR-CD позволяет получать решения задач в диапазоне от ползучих течений до гиперзвуковых, а также имеет специально разработанные возможности совместного сквозного счета вращающихся и неподвижных частей расчетной области. Это позволяет применять программный комплекс для математического моделирования процессов в турбомашинах, осевых и центробежных компрессорах, насосах и вентиляторах.

Для численного моделирования турбулентных течений можно применять различные двухпараметрические модели турбулентности (например, κ-ε), или реализовать собственную модель турбулентности при помощи подпрограмм пользователя.

Для решения системы дифференциальных уравнений, описывающих течение среды, в STAR-CD используется метод контрольного объема, основанный на балансе массы, моментов и энергии для каждой ячейки расчетной области (см.рис.1). В отличие от традиционных методов контрольного объема, в которых используется только жестко определенный тип ячейки, STAR-CD позволяет совместно применять целую гамму ячеек, показанных на рис.2. Для генерации в расчетной области сетки ячеек программный комплекс может использовать как встроенные возможности оболочек PROSTAR и PROAM, так и пользоваться результатами построения модели расчетной области доступной CAD-системы (Computer Aided Design).

Рис.1. Разбиение расчетной области на ячейки.

Рис.2. Типы расчетных ячеек.

3. СТРУКТУРА STAR-CD

Разработчиком пакета STAR-CD является английская компания Computational Dynamics Limited. Основные части данного продукта – вычислительный модуль STAR (Simulation of Turbulent flow in Arbitrary Regions) и модуль пре -постпроцессора PROSTAR, т.е. блоком подготовки задачи к ее численному решению и обработки результатов уже полученного решения.

Все файлы данных, которые использует STAR-CD, имеют одно общее имя (как правило, это имя решаемой задачи), и отличаются только по расширениям (star.mdl, star.run. и т.д.). Список основных типов файлов приводится ниже.

Файл .mdl – сохраняет всю введенную в PROSTAR информацию для описания задачи (определение геометрии, свойств материалов, граничных условий, параметров решения задачи и т.д.).

Файл .echo – журнальный файл, в который записываются все команды PROSTAR, введенные за время работы этого блока.

Файл .plot– сохраняет все графические результаты, которые были выведены в процессе работы в PROSTAR.

Файл .trns– сохраняет данные для нестационарных расчетов.

Файл .geom — сохраняет всю геометрическую информацию, необходимую для работы модуля STAR.