STAR-CCM+共轭传热分析

STAR-CCM+是由CD-adapco开发的CFD一体化仿真平台，能够对实际工况下的产品与设计开展流体与固体耦合分析，广泛应用于工程领域的多物理场模拟与优化。

1、 双击桌面上的图标启动STAR-CCM+ 12.02.010，创建一个新的仿真项目，选择在本地主机上并行运行，将计算进程数设置为2，确认后点击确定按钮即可开始。整个过程操作简便，适合快速进入模拟环境进行后续设置与分析工作。

2、 导入软件help中startutorialsdata文件夹内的fin.ccm体网格文件。由于模型在X、Y方向的尺寸显著大于Z方向，且空气流动主要沿X方向，因此可将其简化为二维模型进行仿真计算，以提高效率并减少资源消耗。

3、 在菜单栏中选择Mesh，点击Convert to 2D，并勾选Delete 3D Regions After Conversion选项，即可将3D模型转换为2D模型。转换的前提条件是：待投影的网格面需与X-Y平面平行，且至少一个边界必须位于Z=0的X-Y平面上，否则无法完成转换操作。

4、 模型默认单位为米，尺寸过大易导致不收敛，故对网格进行缩放处理，缩放系数设为0.01。

5、 删除Continua中默认生成的Physics 1和Physics 2，将Physics 1 2D重命名为Air，Physics 2 2D重命名为Al-Alloy。

6、 双击Air进入Models设定流体特性，同样方法设置Al-Alloy的Models以配置固体特性。

7、 在软件界面中，依次点击Continua进入后选择Al-Alloy，再进入Models中的Solid，最后点击Al。随后在属性设置区域，将材料密度设为2800 kg/m?，比热容设为880 J/(kg·K)，导热系数设为180 W/(m·K)。若当前界面未显示属性窗口，可通过顶部菜单栏选择Window，然后点击Properties以调出该窗口，确保各项参数可正常查看与编辑。整个过程需逐步操作，确保每项参数准确无误。

8、 进入Continua > Air > Reference Values，将重力加速度设置为m/s?，参考密度设为1.27588 kg/m?。

9、 依次点击Continua > Air > 初始条件 > 静态温度，将其设置为293 K；同样操作，进入Al-Alloy选项，将静态温度设定为343 K。确保各项参数准确无误，完成材料区域的温度初始化设置，为后续仿真分析提供基础条件。

10、 流体与固体之间需建立界面以传递质量、动量和能量，一旦界面生成，原先用于创建界面的边界将不再发挥作用。

11、 按住Ctrl键，同时选中AIR 2D > Boundaries > wall与AL 2D > Boundaries > Default_Boundary_Region，然后右键点击并选择创建Interface，设置其类型为Contact，拓扑方式为In-place，从而完成接口的生成操作。该步骤用于实现两个选定边界区域之间的连接定义，确保仿真中物理场的正确传递与耦合，是模型设置中的关键环节。

12、 进入Regions > AIR 2D > Boundaries > wall 2 > Physics Conditions，将热边界条件中的Thermal Specification设置为指定温度。接着，在wall 2的Physics Values中找到Static Temperature选项，并将其数值设定为293 K。此操作用于定义壁面的恒定温度边界条件，确保在后续计算过程中该边界维持恒温状态，符合实际物理场景中的等温壁面假设，从而保证仿真结果的准确性与可靠性。

13、 同样地，依次点击Regions > AL 2D > Boundaries > wall > Physics Conditions，将热边界条件中的Thermal Specification设置为Temperature，并将静态温度Static Temperature设定为343 K，完成壁面热条件的配置。

14、 新建一个标量场景用于监控AIR 2D与AL 2D的温度分布。进入Scalar Scene 1后，选择Displayers下的Scalar 1，将Scalar Field的Function设置为Temperature。随后，在Scalar 1中点击Contour Style，将其样式调整为Smooth Filled，以实现平滑填充的等值线显示效果，使温度变化更加直观清晰。整个过程通过图形化界面操作，便于实时观察仿真区域内的温度场分布情况，提升分析效率与可视化效果，适用于多场景热力学模拟监测。

15、 在Scalar Scene 1上右键选择Displayers，创建一个新的Vector用于监控AIR 2D的流速情况。

16、 在报告选项中右键点击，选择新建报告并进入传热设置，随后在部件选项中选取AL 2D：默认边界区域，完成相应参数的配置与设定，确保模型分析准确无误。此步骤对热传递模拟至关重要，需仔细核对所选区域是否正确。

17、 在Heat Transfer 1上单击右键，选择从报告创建监控与图表选项。

18、 进入停止条件，选择最大步数，并将其设置为500步。

19、 按下Ctrl+S保存并初始化，随后启动计算流程。

20、 误差变化轨迹

21、 传热过程的温度变化曲线。

22、 显示温度场云图，进入Scalar Scene 1下的Displayers中选择Scalar 1，点击Color Bar设置，将标题高度调整为0.04，标签高度设为0.035，以优化颜色标尺的显示效果。

23、 流速分布云图

24、 创建流线图：右键点击衍生部件，选择生成流线。

25、 在Scalar Scene 1上点击右键，选择Displayers并创建一个新的流线图（Streamline）。随后进入Scalar Scene 1 > Displayers > Streamlines 1设置界面，在参数选项中将Parts设为Streamline，标量场选择为速度幅值（Velocity: Magnitude）。接着调整颜色标尺（Color Bar）的相关属性，将标题高度（Title Height）设置为0.04，标签文字高度（Label Height）设置为0.035。完成上述配置后，即可生成以速度大小为映射依据的流线可视化效果，便于清晰展现流场分布特征与变化趋势。

26、 进入Streamlines 1下的Animations选项，将模式调整为Tracers，配置相应的流线参数，随后在菜单栏中点击运行，即可播放并查看动态流线图。