Star-CD (Computational Dynamics)

Star-CD была первой в мире программой, включившей в себя процедуру так называемых «скользящих сеток». Эффективная параллелизация алгоритма решения, основанного на применении метода конечных объемов, в сочетании с уникальными методиками автоматизированного разбиения области течения, позволяет моделировать задачи любой степени геометрической сложности.

Традиционными областями применения Star-CD являются следующие области:

- транспорт;

- энергетика;

- химическая и обрабатывающая;

- общее машиностроение;

- строительная;

- электротехническая и электронная;

- газо- и нефтедобыча.

Star-CD является многоцелевым единым CFD-пакетом, предоставляющим пользователю следующие возможности для решения задач механики жидкостей и газов на всех типах сеток:

- стационарные и нестационарные течения;

- ламинарные течения – модель Ньютона и неньютоновские жидкости;

- турбулентные течения (применяется несколько наиболее известных моделей);

- сжимаемые и несжимаемые (включая около- и сверхзвуковые);

- теплоперенос (конвективный, радиационный, теплопроводность с учетом твердых тел);

- массоперенос;

- химические реакции;

- горение газообразного, жидкого и твердого топлива;

- распределенное сопротивление (например: в пористых средах, теплообменниках);

- многокомпонентные течения;

- многофазные потоки – модель Лагранжа (дисперсные газы – твердое тело, газ – жидкость, жидкость – твердое тело, жидкость – жидкость);

- многофазные потоки – модель Эйлера;

- свободные поверхности.

К числу других возможностей относятся:

- графический и командный ввод;

- специализированные режимы работы «новичок» / «эксперт», сопровождаемые интерактивными подтверждениями и средствами подсказки;

- обширный набор средств построения сеток, включая автоматизированное сгущение;

- импорт геометрических моделей в форматах STL, IGES и VDAFS;

- интерфейсы к CAD/CAE-программам, включая трансляцию конечно-элементных моделей, графическое представление результатов и др.: Ansys, HEXAR, ICEM, I-DEAS, Nastran, Patran, Hypermech и SAMM;

- разнообразные средства визуализации и обработки результатов (векторные, цветовые контурные заливки, изоповерхности, сечения, трассировка частиц, анимация и др.);

- экстраполяция результатов на сетке и поверхности произвольного вида (используются для выдачи результатов в конечно-элементные пакеты);

- построение графиков.

В качестве препроцессора в Star-CD используется SAMM (Semi Automatic Meshing Methodology – «полуавтоматическая технология разбиения») разработка инжиниринговой фирмы Adapco. SAMM предоставляет следующие возможности:

- использование смешенных сеток как из четырех традиционных (например: гексагональных и тетраэдрических), так и из уникальных срезанных призматических элементов;

- процедура автоматической «сшивки» полей параметров в смежных областях с несовпадающей разбивкой – произвольный интерфейс;

- автоматизированное адаптивное сгущение, основанное на оценке ошибки расчета;

- динамическое искажение (подстройка) сетки для решения задач с переменными граничными условиями (например, поршневые двигатели);

- временно-зависимые, так называемые скользящие сетки с использованием алгоритма «произвольный интерфейс» для лопаточных машин и др.;

- дополнительные адаптивные процедуры перестройки (такие, как динамическое внедрение и удаление элементов);

- множественные вращающиеся системы координат для моделирования процессов, происходящих в многоступенчатых турбинных насосах, вентиляторах и т. д.;

- средства учета циклической симметрии или других видов периодичности для лопаточных и многоступенчатых машин с целью уменьшения размерности задачи.

Star-CD использует высокоэффективные численные алгоритмы. Как правило, для каждых 100 тыс. ячеек требуется около 39 Мбайт памяти. Версия Star-CD для многопроцессорных платформ Star-CD HPC обеспечивает практически линейное приращение скорости счета (так, например, на 60-процессорной платформе было достигнуто 57-кратное ускорение).

Устойчивые численные процедуры обеспечивают возможность решения сверхбольших задач (например, для моделирования обтекания машины Е-класса специалисты Mercedes Benz использовали модель из 10 000 000 элементов). Решение проводилось на 128-процессорном компьютере IBM SP2. Запрос памяти под задачу составил 6000 Мбайт.