Star-CD 軟體概述

Star-CD 是一種採用有限體積方法作為核心解算器之泛用型計算 流 體 力 學 商 用 軟 體 ， 其 使 用 的 前 後 處 理 套 裝 軟 體 稱 為 PROSTAR，核 心 解 算 器 稱 為 STAR。PROSTAR 包含了建構模型、求解與後處理所 必 需 的 各 種 工 具 ， 主 要 包 含 下 列 功 能 ：

(1)幾何外型讀入與資料修改 (2)網格生成

(3)設定邊界條件

(4)設定流體或介質特性

(5)設定計算內容（多相流、化學反應或燃燒）

(6)設定控制參數（格式，時間，輸入輸出參數）

(7)計算過程監控 (8)計算結果後處理。

在 建 構 幾 何 外 型 及 生 成 網 格 的 功 能 上 ，Star-CD 可以使用任意形 狀 的 網 格 ， 如 六 面 體 、 四 面 體 、 棱 柱 體 、 金 字 塔 形 甚 至 多 面 體 網 格 。 運 用 網 格 單 元 與 任 意 的 交 界 面 技 術 和 局 部 加 密 技 術 相 結 合 可 以 產 生 非 連 續 的、完 全 非 結 構 化 網 格。利 用 自 動 網 格 生 成 器 即 可 快 速 生 成 完 全 非 結 構 化 網 格 。 其 幾 何 處 理 能 力 包 括 ：

(1) 運 用 六 面 體 、 四 面 體 、 多 棱 柱 、 多 面體 可 任 意 組 合 ， 適 用 於 高 度 靈 活 的 非 結 構 化 網 格 技 術 。

(2) 任意網格相交的不連續網格連接技術(COUPLE)。

(3) 嵌入式網格加密用來增強局部的網格密度。

此 外 ， 在 邊 界 條 件 的 設 定 上 Star-CD 提供多種邊界條件，包括：

(1)入口條件(INLET) (2)出口條件(OUTLET)

(3)壓力條件(PRESSURE) (4)駐點條件(STAGNATION) (5)週期性條件(CYCLIC) (6)對稱條件(SYMMETRY)

(7)自由流無反射條件(FREE-STREAM TRANSMISSIVE BOUNDARY) (8) 動 態 波 動 無 反 射 條 件 (TRANSIENT-WAVE TRANSMISSIVE

BOUNDARY)

(9)動態附著條件(ATTACHMENT) (10)壁面邊界條件(WALL)

(11)平板邊界條件(BAFFLE)。

在 建 構 數 值 模 型 的 能 力 部 分 ，Star-CD 將 在 各 種 網 格 類 型 (六 面 體 、 四 面 體 與 混 合 體)上 解 算 的 各 種 數 值 模 式 融 於 一 體 。 同 時 ， 它 對 不 同 類 型 的 應 用 提 供 經 過 修 正 的 解 算 過 程 。 其 模 擬 範 圍 包 括 如 下 狀 況 ：

(1)恆定與非恆定流動

(2)層流與紊流（包含各種紊流模式）

(3)不可壓縮流與可壓縮流

(4)對流、傳導與輻射傳熱（包括固體內導熱、太陽輻射、透明固體輻 射 及 可 穿 透 介 質 中 輻 射 的 傳 播 ）

(5)化學反應（包括氣體、液體與固體燃料燃燒）

(6)分散式阻力（多孔隙介質與熱交換器）

(7)多流體流動

(8)歐拉及拉格朗日多相流（稀密相氣固、氣 液、固液、液液系統）

(9)自由表面流動。

在 紊 流 模 式 部 分，Star-CD 提供了方程模式、標準 k-ε 模式、RNG

第二章 文獻回顧

模 式、高 階 非 線 性 及 Chen 氏系列 k-ε 模式、k-L、LES 大渦模型等紊 流 模 式 ， 同 時 提 供 了 用 於 解 算 高 精 度 流 動 的 k-Ω 模 式 和 雷 諾 應 力 模 式。此 外，Star-CD 能計算各向同性或異性的多孔介質(porous media)。

多 孔 介 質 的 特 性 還 可 當 入 流 參 數 的 函 數 來 輸 入 。

在 數 值 運 算 能 力 部 分 ，Star-CD 使用單一、具有高效能的解算器 來 求 解 流 場。此 通 用 解 算 器 適 用 於 所 有 的 流 動 情 況 與 物 理 現 象，並 可 與 最 新 的 時 間 空 間 離 散 格 式 相 結 合 。 在 時 間 離 散 格 式(temporal discretization)部 分 ， Star-CD 採 用 隱 性 (implicit)法 ， 同 時 提 供 二 階 精 度 的 時 間 離 散 格 式 來 求 解 高 精 度 動 態 計 算 問 題 。 在 空 間 離 散 (spatial discretization)格 式 部 分 ，Star-CD 提 供 了 從 高 階 到 混 合 離 散 格 式 的 多 種 選 擇。最 近 在 眾 多 選 擇 中 又 加 入 了 一 種 新 的 TVD 格式(MARS)，不 僅 提 高 了 劇 烈 梯 度 變 化 時 的 計 算 精 度，還 減 少 了 對 網 格 的 依 賴 性。另 外 ，Star-CD 更發展了最新的隱式代數多重網格解算器(AMG)，針對 非 結 構 化 網 格 的 多 重 網 格 演 算 法 ， 比 早 期 的 解 算 器 更 快 且 更 穩 定 。

在 硬 體 的 利 用 方 面 ，Star-CD 對記憶體使用有極高的效率，此因 它 對 平 均 每 100,000 個計算元素只需要 40M 記憶體，讓使用者可以 以 最 少 的 計 算 資 源 來 解 算 較 大 的 模 型，甚 而 在 1G 記憶體的單處理器 的 機 器 上 求 解 多 達 200 萬個單元的複雜流況。