STAR-CCM+11.0与流场计算 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李明，刘楠，左妍妍，邵蓉 编

图书标签:

• STAR-CCM+
• 流体动力学
• CFD
• 计算流体力学
• 数值模拟
• 工程仿真
• 传热
• 多相流
• 湍流
• 有限体积法

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111577218

版次：2

商品编码：12236693

品牌：机工出版

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-11-01

用纸：胶版纸

页数：256

字数：399000

正文语种：中文

内容简介

　　《STAR-CCM+11.0与流场计算》详细介绍了STAR-CCM+11.0软件应用于流场分析的各种功能、基本操作方法和行业应用实例。
　　《STAR-CCM+11.0与流场计算》共6章：第1章主要介绍计算流体力学基础知识；第2章主要介绍STAR-CCM+软件的安装、界面和基本操作；第3章主要介绍采用非定常计算方法进行散热器的流固耦合流场、温度场模拟分析；第4章主要介绍乘用车网格划分、采用分离式计算方法进行外流场计算和阻力分析；第5章主要介绍采用耦合式计算方法进行高速列车空气动力学性能计算、横风性能计算与分析；第6章主要介绍燃料燃烧的设置方法、基本功能和使用案例。
　　《STAR-CCM+11.0与流场计算》可供教学、科研和设计部门从事传热、流体流动等学科的教师、工程技术人员与科研人员参考，或用作软件自学教程或参考用书。

内页插图

目录

前言
第1章 计算流体力学基础
1．1 流体力学的基本概念
1．2 计算流体力学的基本概念
1．3 流体运动及换热的基本控制方程
1．4 湍流模型
1．5 近壁面模型
1．6 CFD求解计算的方法
1．7 网格简介
1．7．1 结构化网格
1．7．2 非结构化网
1．7．3 混合网格

第2章 STAR-CCM+软件介绍
2．1 软件概述
2．2 工作流程
2．3 术语
2．4 安装流程
2．5 界面介绍
2．5．1 菜单栏（Menubar）
2．5．2 工具栏（Toolbar）
2．5．3 浏览窗口（Explorer Pane）
2．5．4 属性窗口（Properties Window）
2．5．5 几何窗口（Graphics Window）
2．5．6 鼠标操作
2．6 流程简介
2．6．1 导入表面
2．6．2 修复表面
2．6．3 定义边界条件
2．6．4 设置网格模型及参数
2．6．5 生成网格
2．6．6 设置物理模型与参数
2．6．7 定义求解器参数
2．6．8 准备后处理
2．6．9 运行分析
2．7 STAR-CCM+11．04的新功能
2．7．1 使用自定义模拟树
2．7．2 自动时间步长控制
2．7．3 隐式与显式混合平面解方法
2．7．4 VOF模型波浪的阻尼和激励
2．7．5 折射模型
2．7．6 管理多层固体
2．7．7 建立液膜模拟
2．7．8 磁矢势
2．7．9 黏弹性模式

第3章 散热器的流固耦合换热模拟
3．1 建立计算模型
3．1．1 新建计算模型
3．1．2 选择网格模型
3．1．3 网格参数设定
3．2 流固物理模型设定
3．2．1 流体物理模型设定
3．2．2 固体物理模型设定
3．2．3 Region的分割
3．2．4 边界条件设定
3．2．5 Region模型设定
3．2．6 保存模型
3．3 流固耦合换热计算
3．3．1 设置计算条件
3．3．2 非定常计算设置
3．3．3 体网格的生成
3．3．4 执行计算
3．4 计算结果后处理
3．4．1 截面设定
3．4．2 模型半透明显示
3．4．3 速度矢量图显示
3．4．4 流体截面温度云图显示
3．4．5 固体温度云图结果显示
3．4．6 窗口文本显示设定
3．4．7 非定常显示输出的设定
3．4．8 计算结果曲线

第4章 乘用车外流场计算
4．1 导入车体模型
4．2 表面准备
4．2．1 包面尺寸设置
4．2．2 包面前的漏洞检查
4．2．3 漏洞修补
4．2．4 包面操作
4．3 面网格
4．3．1 添加计算域
4．3．2 Remesh操作
4．4 体网格
4．4．1 体网格设置
4．4．2 设置网格加密区
4．4．3 体网格的生成和检查
4．5 求解
4．5．1 计算模型
4．5．2 边界条件设置
4．5．3 监测曲线的设定
4．6 后处理
4．6．1 计算结果的统计
4．6．2 车体表面压力分布的显示
4．6．3 汽车中间截面流场的显示

第5章 列车空气动力学性能计算
5．1 建立计算模型
5．2 表面准备
5．2．1 包面尺寸设置
5．2．2 漏洞检查
5．2．3 包面
5．3 面网格
5．3．1 计算域的添加
5．3．2 Remesh操作
5．3．3 面网格检查和修复
5．4 生成体网格
5．4．1 体网格设置
5．4．2 设置网格加密区
5．4．3 体网格的生成和检查
5．5 求解
5．5．1 计算模型
5．5．2 边界条件设置
5．5．3 监测曲线的设定
5．5．4 求解参数设置
5．6 后处理
5．6．1 计算结果的统计
5．6．2 车体表面压力分布的显示
5．6．3 车体表面区域的流场显示
5．6．4 车体流线的动画显示
5．7 高速列车横风性能研究
5．7．1 边界条件设置
5．7．2 计算结果分析
5．7．3 侧风条件下的压力分布和流场显示

第6章 丙烷在反应器中燃烧
6．1 导入体网格
6．2 建立模型
6．2．1 建立计算模型
6．2．2 建立材料属性
6．2．3 建立化学反应
6．2．4 新建参考值和初始条件
6．3 边界条件
6．3．1 创建交互面
6．3．2 边界条件
6．4 求解器
6．5 后处理
6．5．1 定义截面
6．5．2 定义云图
6．5．3 自定义函数
6．5．4 报告
6．5．5 Plot
6．6 结果分析

前言/序言

　　STAR-CCM+是一款优秀的CFD模拟软件。它将现代软件工程技术、最先进的连续介质力学数值技术（Computational Continuum Mechanics Algorithms）和卓越的设计结合在一起。STAR-CCM+软件的目标是发展成为可以解析任何连续介质力学场的全新代码。STAR-CCM+采用连续介质力学数值技术，主要基于多物理场、基于连续介质的建模方法和物理与网格的分离。
　　sTAR..CCM+软件的一体化集成环境、高重复性和适用性是其被誉为新一代CFD软件的最强闪光点。在sTAR.CCM+一体化的工作环境中，可以通过一体化用户界面展示从CAD建模、表面网格准备、体网格生成、模型设定、计算求解一直到后处理分析的整个模拟过程。操作界面与模拟思想的良好整合使得STAR.CCM+使用起来非常方便和高效，很好地实现了用户、计算机系统和模拟三者之间的交互操作。
　　为了将物理情况准确地体现在模拟中并得到良好的计算结果，STAR.CCM+致力于以下三个关键因素：稳健并准确的数值算法；覆盖面宽广的物理模型；易处理的网格体系。
　　本书详细介绍了STAR..CCM+11.0软件应用于流场分析的各种功能、基本操作方法和行业应用实例。全书共6章：第l章主要介绍计算流体力学基础知识；第2章主要介绍STAR.CCM+软件的安装、界面和基本操作；第3章主要介绍采用非定常计算方法进行散热器的流固耦合流场、温度场模拟分析；第4章主要介绍乘用车网格划分、采用分离式计算方法进行外流场计算和阻力分析；第5章主要介绍采用耦合式计算方法进行高速列车空气动力学性能计算、横风性能计算与分析；第6章主要介绍燃料燃烧的设置方法、基本功能和使用案例。
　　本书由中车唐山机车车辆有限公司技术研究中心仿真技术部组织编写，李明、刘楠任主编，左妍妍、邵蓉任副主编。此外，参与编写的还有李明高、高峰、孔繁冰、于淼、刘斌、刘恩荣、唐晨等。由于编者水平有限，书中难免有不妥、疏漏之处，欢迎广大读者对本书提出批评和建议，以便做进一步修改和补充。

洞悉复杂流体世界的奥秘：从理论到实践的深度探索 本书旨在引领读者深入理解并掌握先进的计算流体动力学（CFD）技术，特别聚焦于如何利用强大的工程仿真软件解决现实世界中复杂多变的流体流动问题。我们并非专注于某个特定版本的软件，而是致力于揭示支撑这些工具的核心科学原理、算法精髓以及通用的工程应用方法。本书的宗旨是培养读者独立思考、分析问题、并最终运用CFD工具进行有效仿真的能力，使其能够自信地应对从基础的层流流动到高度湍流、多相流、传热传质以及化学反应等一系列具有挑战性的工程挑战。 第一篇：流体动力学基础与数值方法 在本书的第一篇中，我们将首先回顾并深化对流体力学基本理论的理解。这不仅包括牛顿流体和非牛顿流体的基本概念，流场的连续性方程、动量方程（Navier-Stokes方程）以及能量方程等基础守恒定律的推导与物理意义的剖析。我们将着重讲解这些方程在不同尺度和不同流动 regime 下的简化与应用，例如伯努利方程的推导及其局限性，以及粘性流动的特性，如边界层理论的形成与发展。 随后，我们将视角转向如何将这些偏微分方程转化为计算机可求解的离散形式。本书将详细介绍有限体积法（Finite Volume Method, FVM）的核心思想，包括其在处理守恒性方面的优势，以及其在CFD中的广泛应用。我们将深入探讨网格生成的重要性，包括结构化网格、非结构化网格以及自适应网格的生成策略，并分析不同网格类型对计算精度和效率的影响。 在离散化方面，我们将详细阐述通量重构、离散化格式（如迎风格式、中心差分格式、QUICK格式等）的原理、优缺点以及在不同流动条件下的适用性。我们还将重点介绍数值求解线性方程组的方法，包括迭代法（如Jacobi, Gauss-Seidel, SOR）和直接法，以及这些方法在CFD求解器中的实际应用。对于非线性问题的求解，我们将深入讲解耦合求解（coupled solvers）与分离求解（segregated solvers）的策略，以及它们各自的优劣势。 第二篇：复杂流动现象的建模与仿真 第二篇将是本书的核心，我们将聚焦于如何运用CFD技术对各种复杂流动现象进行建模和仿真。 湍流建模： 湍流是流体力学中最普遍也最具挑战性的现象之一。本书将系统介绍不同尺度的湍流模型，包括雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程的推导及其基本思路，并详细介绍各类RANS模型，如Spalart-Allmaras、k-ε、k-ω及其改进型（如Realizable k-ε、SST k-ω）。我们将分析这些模型在预测不同流动情况下的适用性与局限性，并讲解如何根据工程需求选择合适的湍流模型。此外，我们将简要介绍大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）和直接数值模拟（Direct Numerical Simulation, DNS）的原理与应用前景，使读者对未来湍流模拟的发展方向有所认识。 多相流模拟： 现实世界中，许多流动现象都涉及到多种相态的相互作用，如气液、气固、液液等。本书将介绍适用于多相流仿真的主要方法，包括欧拉-欧拉法（Euler-Euler）和欧拉-拉格朗日法（Euler-Lagrange）。我们将详细讲解两相流方程组的建立与耦合求解方法，以及在这些方法中需要考虑的相间作用力（如曳力、升力、虚拟质量力等）。我们将通过案例分析，展示如何利用这些技术模拟气泡上升、液滴破碎、颗粒输运等工程问题。 传热传质模拟： 热量和质量的传递与流动密切相关，是许多工程问题不可分割的一部分。本书将深入探讨如何在Navier-Stokes方程的基础上加入能量方程和组分输运方程，以实现传热传质的耦合仿真。我们将分析不同传热机制（如导热、对流、辐射）的数学模型，并讲解如何处理相变问题。通过具体的算例，我们将展示如何模拟换热器、燃烧室、化工反应器等设备中的传热传质过程。 压缩性流动与可压缩流： 随着流速的增加，流体的密度变化变得显著，此时需要采用可压缩流动的模型。本书将区分定常与非定常可压缩流动，介绍马赫数（Mach number）对流动特性的影响，以及激波（shock waves）、膨胀波（expansion waves）等概念。我们将讲解如何在CFD中处理高度压缩性流动，并分析其在航空航天、高速管道输运等领域的应用。 旋转机械流动： 涡轮、泵、压缩机等旋转机械是现代工程的重要组成部分。本书将介绍处理旋转机械流动时特有的挑战，如相对运动的网格处理、叶轮-静子耦合等。我们将讲解动叶/静子（rotor-stator）接口的处理方法，以及如何通过仿真优化叶轮设计、提高效率、降低噪声。 第三篇：工程应用与仿真流程 在掌握了流体动力学理论和复杂流动建模方法后，第三篇将引导读者将这些知识转化为实际的工程应用。 仿真流程与数据处理： 本篇将系统梳理一个完整的CFD仿真项目流程，包括问题定义、几何建模、网格划分、物理模型选择、求解器设置、计算运行、结果后处理与分析。我们将重点强调网格无关性（grid independence）的验证、湍流模型选择的依据、以及求解器收敛性判据的理解。 结果后处理与可视化： 有效地展示和分析仿真结果是CFD应用的关键环节。我们将介绍各种后处理技术，包括流场可视化（如速度矢量图、流线图、等值面图、截面图）、数据提取（如压降、流量、力、力矩、传热系数）以及数据统计分析。我们将强调如何根据工程需求，选择合适的可视化方法，以清晰地传达仿真结果的意义。 案例研究与工程实践： 本篇将通过一系列具有代表性的工程案例，展示CFD在不同领域的实际应用。这些案例将涵盖但不限于： 航空航天： 飞机外形气动性能分析、发动机燃烧室流动与传热模拟。 汽车工程： 汽车外部气动设计优化、发动机内部流动与燃烧模拟。 能源领域： 火力发电厂锅炉燃烧与传热、风力发电机叶片气动设计。 化工与制药： 反应器内混合与传质模拟、干燥器内的气固两相流动。 环境工程： 建筑通风与污染扩散模拟、河流湖泊水流模拟。 生物医学： 血液流动模拟、呼吸道气流模拟。 在每个案例中，我们将详细分析问题的工程背景、CFD模型的建立过程、关键参数的设置、以及仿真结果的解释和工程意义。 结语 本书力求为读者提供一个坚实的理论基础和丰富的实践指导，使其能够自信地踏入CFD仿真领域，并将其作为解决复杂工程问题的重要工具。通过对本书的学习，读者将不仅仅掌握一项技术，更重要的是培养一种分析和解决问题的科学思维方式，能够洞察流体世界的运行规律，并将其转化为创新的工程解决方案。本书的学习将是一个持续进步的过程，鼓励读者在掌握本书内容的基础上，不断探索新的模型、新的技术，并将其应用于更广泛的工程挑战之中。

评分☆☆☆☆☆

这本书的专业深度，让我感觉它更像是为博士研究生或企业研发部门的资深工程师量身定做的参考书。它不仅仅是关于STAR-CCM+这个工具本身，更是关于如何用这个工具去解决那些“棘手”的物理问题。例如，在热传递模拟部分，作者花了大量篇幅讨论了如何精确地耦合固体导热与流体对流，并特别关注了界面接触热阻的处理，这在涉及电子设备散热或材料失效分析的场景中是至关重要的。书中对于离散化误差的讨论也远比一般教材要深入，它引入了复杂的误差指标和收敛性判据，指导读者如何判断仿真结果的“可靠性”而非仅仅是“能跑出来”。我尝试对照书中提到的某些高级求解器配置，与我目前团队正在使用的设置进行了比对，发现我们在湍流模型选择和壁面函数应用上，确实存在可以优化的空间。这本书的价值在于，它提供了一个可以让你反思和校准自己当前工作流程的参照系，而非仅仅是提供一个操作指南。

评分☆☆☆☆☆

初翻这本名为《STAR-CCM+ 11.0与流场计算》的厚重书籍，一股严谨的学术气息扑面而来，让人立刻意识到这不是一本可以轻松翻阅的入门指南。书脊上的型号“11.0”暗示着其内容聚焦于特定的软件版本，这对于那些正在使用或计划升级到该版本的工程师和研究人员来说，无疑具有极强的时效性和针对性。我原以为会看到大量关于CFD（计算流体力学）基本理论的阐述，例如纳维-斯托克斯方程的推导或者湍流模型的分类，但很快发现，本书的立足点明显更高，它似乎直接将读者置于了实际操作与高级应用的前沿。作者的笔触非常细腻，尤其在网格划分策略的讨论部分，展现了对复杂几何体处理的独到见解。例如，对于某个特定工业部件的案例分析，书中详细剖析了如何平衡网格质量与计算效率之间的矛盾，这部分内容对于优化仿真流程至关重要。同时，书中的插图和流程图设计得极为专业，即便是初次接触STAR-CCM+的用户，也能从中领悟到软件界面背后的逻辑架构。总的来说，这本书更像是一本高级实践手册，而不是教科书，它要求读者已经具备一定的CFD基础知识，才能真正领会其中精髓。

评分☆☆☆☆☆

这本书的编排结构，给我一种强烈的“项目驱动型学习”的感受，而非传统的“知识点堆砌”。章节之间的逻辑衔接非常紧密，仿佛是跟随一个完整的工业仿真项目从头到尾进行的全程记录。我特别欣赏作者在处理边界条件设置时的那种近乎偏执的细致。在涉及到外部流动模拟时，如何精确定义远场边界、如何处理周期性边界，书中给出的建议远超标准的用户手册说明，更像是资深顾问的实战经验总结。例如，关于动网格技术（Overset Mesh或Deforming Mesh）的应用场景分析，作者并未停留在软件功能的罗列上，而是深入探讨了特定运动模式下，不同算法收敛性的差异，这对于处理如叶片旋转或碰撞模拟等复杂动态问题时，提供了宝贵的参考坐标。阅读过程中，我反复停下来，思考书中提出的某些“陷阱”——那些新手在实际操作中极易忽略，却可能导致整个计算结果失效的关键点。这本书的价值不在于教会你“点击哪个按钮”，而在于让你理解“为什么需要点击那个按钮，以及点击后会发生什么深层影响”。

评分☆☆☆☆☆

从语言风格来看，这本书的作者显然是一位深谙工程实践的资深专家，其表达方式透着一股毫不拖泥带水的实干精神。行文简洁有力，几乎每一句话都承载着信息量，几乎没有冗余的、为了凑字数的理论铺垫。这使得阅读体验非常高效，但同时也对读者的专注度提出了很高的要求。当你试图在其中寻找关于“离散格式选择对时间步长的影响”这类基础理论的深入探讨时，可能会感到略微的失望，因为作者默认你已经掌握了这些“常识”。然而，一旦进入到软件的高级特性，比如并行计算设置的优化技巧，或者如何有效地利用批处理脚本来管理大量的参数化研究（Design of Experiments, DoE），这本书的价值就如同金矿般显现出来。尤其是关于后处理模块的定制化报告生成部分，书中展示了一些非常巧妙的脚本编写思路，能够极大地解放那些需要进行大量重复性结果分析的工程师。它更像是一本被无数次使用并写满批注的工具书，而非图书馆里的新书。

评分☆☆☆☆☆

我注意到本书在处理多物理场耦合问题时展现出的独特视角，这让我印象深刻。它没有将流体、热、结构等模块视为相互独立的单元来介绍，而是强调了它们在STAR-CCM+环境下的“对话”机制。例如，在涉及流固耦合（FSI）的章节中，作者清晰地阐述了数据如何在流体域和固体域之间高效传递和插值，这往往是初学者在进行高保真耦合仿真时最容易出错的地方。书中的描述极具前瞻性，隐约透露出对未来CFD软件发展趋势的理解，例如对GPU加速计算潜力的挖掘和对复杂多相流模型的最新进展的关注。虽然本书聚焦于11.0版本，但其中蕴含的CFD建模哲学——如何将物理现实最忠实、最高效地映射到计算模型中——是超越具体软件版本的普适智慧。对于希望将自己的CFD能力从“会用软件”提升到“精通建模艺术”的专业人士而言，这本书无疑是一份极其宝贵的资源，它教会我们如何像真正的“物理学家”一样去使用仿真工具。

评分☆☆☆☆☆

彩印的书，很不错。内容不多。

评分☆☆☆☆☆

还不错啊啊，值得入手啊

评分☆☆☆☆☆

特别薄的一本，还没看，希望有用吧……

评分☆☆☆☆☆

很不错的参考书，值得推荐

评分☆☆☆☆☆

感觉例子太少了，慢慢学习

评分☆☆☆☆☆

没有光盘资料，正准备学习。

评分☆☆☆☆☆

没有光盘，购买慎重

评分☆☆☆☆☆

物流很快

评分☆☆☆☆☆

无练习案例光盘，纯粹的文字，思路不清晰，表达不明白