Simcenter STAR-CCM+ 如何自动生成一系列沿管道轴线的点及截面
2022-05-09T06:18:45.000-0400
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摘要
本文提供一个宏文件，用于自动创建沿管道轴线的一系列点和截面，并自动输出截面为.stl文件。轴线由宏根据管道的几何形状自动计算。同时提供一个示例sim文件及操作视频。
详细信息
沿管道轴线的信息通常很有用，但目前STAR-CCM+中没有内置功能可以仅根据管道形状自动提取轴线。
本文介绍一个沿管道中心线自动创建点及截面的宏。创建出的点可用于提取表格、创建Plot等。不要求有管道的CAD或面Parts，唯一的要求是管道要有体网格表征方式（Volume mesh representation）。
本宏要求管道在一个独立的Region，且名为“Pipe”，以及以管道入口和出口为中心的局部坐标系“CSYS_inlet”和“CSYS_outlet”，Z轴要与边界面垂直，并指向域的外部，如下图所示：
中心线的计算从入口面开始，沿着管道向出口面移动。
宏的开头声明了两个可以调整的参数，即n和delta（请参见下图中高亮显示的行）：
这两个参数分别是宏试图生成的最多点数（或截面数）和两点之间的近似距离（米），可以根据管道长度、所需细节和网格尺寸进行调整。
通常，delta不应小于面网格尺寸，应设置为一个有效值，确保点的创建覆盖整个管道域。当到达出口面时，程序自动停止。
此方法为每个点创建一个局部坐标系，因此生成的坐标系数量与创建的点数相同。每个点的坐标都是基于平面截面计算的，因此最终的截面数也与点数相同。可以删除所有截面，或将其用于进一步的后处理，宏文件默认会自动输出截面为一系列.stl文件。不能删除局部坐标系，因为点的坐标是由局部坐标系得到的。
本文提供了一个示例sim文件（用STAR-CCM+v11.06保存），以便用户进行测试。划分体积网格后播放宏，就可以得到近似的管道轴线点和截面。
下图显示了管道壁面的Skin Friction Coefficient场景图，以及沿中心线的速度值：
宏文件创建的点及截面：
对复杂几何中包含不规则管道的仿真，如发动机的进气道，如果已有管道中心点的坐标，要自动生成一系列截面，可以使用本文提供的方法。为了操作方便，可以对管道部分另建一个sim文件，用本文的宏创建并导出截面文件后，再导入原始仿真文件，创建Arbitrary plane。本文提供的视频文件演示了操作步骤。
如果不需要输出截面，请把代码中166-169行删除或加注释。
已知的限制：
1.此方法是近似的，基于FV近似，沿管道移动平面截面并计算其中心点，点的位置可能稍微偏离实际中心线（通常网格越密越精确）。
2.此方法在管道方向发生剧烈变化和U形管中可能会失败。由于用了平面截面，如果截面切割管道两次，则会发生错误。此时可以将管道拆分为多个合适的区域，并对每个区域运行宏文件。
3.此方法创建的截面在管道扭曲严重的位置并不垂直于中心线，可以选中所有截面，在属性窗口中统一修改Origin为局部坐标系的原点。
4.此方法仅在简单几何上进行了测试，不能保证适用于复杂形状。
The code or script included in this article was tested with the Product and Version of Product supplied respectively in the "Product" and "Version Applicable" fields, for the sole purpose of the article. CD-adapco reserves the right to update the code or script at it's own discretion.
本文介绍一个沿管道中心线自动创建点及截面的宏。创建出的点可用于提取表格、创建Plot等。不要求有管道的CAD或面Parts，唯一的要求是管道要有体网格表征方式（Volume mesh representation）。
本宏要求管道在一个独立的Region，且名为“Pipe”，以及以管道入口和出口为中心的局部坐标系“CSYS_inlet”和“CSYS_outlet”，Z轴要与边界面垂直，并指向域的外部，如下图所示：
中心线的计算从入口面开始，沿着管道向出口面移动。
宏的开头声明了两个可以调整的参数，即n和delta（请参见下图中高亮显示的行）：
这两个参数分别是宏试图生成的最多点数（或截面数）和两点之间的近似距离（米），可以根据管道长度、所需细节和网格尺寸进行调整。
通常，delta不应小于面网格尺寸，应设置为一个有效值，确保点的创建覆盖整个管道域。当到达出口面时，程序自动停止。
此方法为每个点创建一个局部坐标系，因此生成的坐标系数量与创建的点数相同。每个点的坐标都是基于平面截面计算的，因此最终的截面数也与点数相同。可以删除所有截面，或将其用于进一步的后处理，宏文件默认会自动输出截面为一系列.stl文件。不能删除局部坐标系，因为点的坐标是由局部坐标系得到的。
本文提供了一个示例sim文件（用STAR-CCM+v11.06保存），以便用户进行测试。划分体积网格后播放宏，就可以得到近似的管道轴线点和截面。
下图显示了管道壁面的Skin Friction Coefficient场景图，以及沿中心线的速度值：
宏文件创建的点及截面：
对复杂几何中包含不规则管道的仿真，如发动机的进气道，如果已有管道中心点的坐标，要自动生成一系列截面，可以使用本文提供的方法。为了操作方便，可以对管道部分另建一个sim文件，用本文的宏创建并导出截面文件后，再导入原始仿真文件，创建Arbitrary plane。本文提供的视频文件演示了操作步骤。
如果不需要输出截面，请把代码中166-169行删除或加注释。
已知的限制：
1.此方法是近似的，基于FV近似，沿管道移动平面截面并计算其中心点，点的位置可能稍微偏离实际中心线（通常网格越密越精确）。
2.此方法在管道方向发生剧烈变化和U形管中可能会失败。由于用了平面截面，如果截面切割管道两次，则会发生错误。此时可以将管道拆分为多个合适的区域，并对每个区域运行宏文件。
3.此方法创建的截面在管道扭曲严重的位置并不垂直于中心线，可以选中所有截面，在属性窗口中统一修改Origin为局部坐标系的原点。
4.此方法仅在简单几何上进行了测试，不能保证适用于复杂形状。
The code or script included in this article was tested with the Product and Version of Product supplied respectively in the "Product" and "Version Applicable" fields, for the sole purpose of the article. CD-adapco reserves the right to update the code or script at it's own discretion.