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STAR-CD

Programm zur Strömungsberechnung

aktuelle Version: 4.26.011

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STAR-CD

STAR-CD ist ein CFD-Programm der CD-adapco Group. In der voll parallelisierten Variante STAR-HPC ist es am SCC auf dem bwUniCluster und dem Instituts-Cluster installiert. Die Parallelisierung wird automatisch durchgeführt. Neben dem Solver gibt es den integrierten Prä- und Postprozessor pro-STAR, der als Basis für die Netzerzeugung und Modellbeschreibung dient. Zum komfortableren Import und Bearbeitung von CAD-Daten gibt es die Module pro-STAR/surf, mit dem Flächen berabeitet und vernetzt werden können, pro-STAR/amm mit dem Volumennetze erzeugt werden können und pro-STAR/vis, ein Visualisierer. Näheres findet man in der Kurzanleitung und in den Handbüchern zu STAR-CD.

Ein Überblick über die Funktionalitäten des Programms:

  • stationäre und transiente Strömungen
  • laminare newtonsche und nicht-newtonsche Fluide
  • zahlreiche Turbulenzmodelle
  • inkompressible und kompressible Fluide, auch für den supersonischen und transsonischen Bereich
  • Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung
  • Massentransport, chemische Reaktionen
  • Strömungungen mehrerer Fluide, Mehrphasenströmung
  • freie Oberflächen
  • Verbrennen von Gasen, Flüssigkeiten und festen Stoffen
  • bewegliche und veränderbare Gitter
  • lokale Netzverfeinerung
  • Import von gängigen CAD-Formaten
  • Fluid-Struktur-Kopplung mit ABAQUS
  • Visualisierung mit EnSight, Patran u.v.m.

Auszug aus den Lizenzvereinbarungen

Das SCC hat eine akademische Lizenz von StarCD erworben, die laut CD-Adapco folgende Nutzung zulässt:

"...

d) Akademische Lizenz. Wenn eine Softwarelizenz als akademische Lizenz ausgewiesen ist, sichert der Lizenznehmer zu, dass es sich bei ihm um eine akademische Einrichtung oder um eine andere gemeinnützige Organisation handelt. Die akademische Softwarelizenzerlaubt dem Lizenznehmer die Benutzung für Zwecke der Lehrtätigkeit, für Programme zur Erteilung eines Universitätsgrads oder im Forschungsbereich, die Bestandteil der vom Lizenznehmer durchgeführten akademischen Lehrprozesse sind. Akademische Lizenzen sind nicht für den Gebrauch in der kommerziellen Datenverarbeitung für die Zwecke der Erwirtschaftung von Gewinn bestimmt.Vor diesem Hintergrund ist der Lizenznehmer einverstanden, dass unter Einsatz der Software gewonnene Resultate öffentlich weitergegeben oder veröffentlicht werden können. Der Lizenznehmer verpflichtet sich, auf die Benutzung der Software von CD-adapco in allen entsprechenden wissenschaftlichen akademischen Veröffentlichungen hinzuweisen und dem Lizenzgeber Kopien dieses veröffentlichten Materials zu überlassen. Material, auf/in dem Handelsname, Marken oder Logos von CD-adapco aufgeführt sind, unterliegt den für diese Nutzung geltenden Richtlinien von CD-adapco.

..."

 

Die komplette Lizenzvereinbarung zur Nutzung von CD-Adapco Softwareprodukten finden Sie auf dem FTP-Server  ftp://ftp.scc.kit.edu/pub/campus/STAR-CCM+/ und auf der Website von CD-Adapco http://www.cd-adapco.com/purchase-license-agreement-pla (E) / (DE).

Kurzanleitung

    

 

Inhaltverzeichnis

 

Einleitung

Vorbereitung

Arbeiten mit STAR-CD

Arbeiten mit pro-STAR/surf und pro-STAR/amm

Restarts

Visualisierung mit EnSight und anderen Postprozessoren Dokumentation und Beispiele

 

Einleitung

STAR-CD ist ein Finite Volumen Programm zur Berechnung von Strömungsproblemen, chemischen Reaktionen, Verbrennungen etc., wobei das Programm zahlreiche Facetten, die zum Umfeld der CFD gehören, abdeckt. Ein Spektrum der Funktionalitäten findet man in den Tutorien. STAR-CD wird von der CD adapco Group in Großbritannien entwickelt und vertrieben. Im Rechenzentrum ist STAR-CD auf dem bwUniCluster und dem Instituts-Cluster installiert, und läuft dort sowohl seriell, als auch parallelisiert.

pro-STAR ist der Prä- und Postprozessor für STAR-CD. Ein STAR-CD Lauf kann aus pro-STAR heraus gestartet werden. Er läßt sich aber auch separat im Batch oder unter Kontrolle eines Batchsystems starten. Die letzte Variante sollte immer auf dem Parallelrechner verwendet werden (s.u.).
STAR-CD ist der Finite-Volumen-Solver. Dieser sollte auf dem Parallelrechner unter dem LoadLeveler, einem Batchverwaltungsprogramm, mittels des Kommandos starcdjob  gestartet werden.
pro-STAR/amm ist der automatische Vernetzer, der als PlugIn von pro-STAR in einem eigenen Menü zur Verfügung steht. Es können hiermit Tetraeder-, Hexaeder-, Polyeder- und gemischte Netze erzeugt werden. Angeboten werden zwei Vernetzer: Automesh-Classic und Automesh.
pro-STAR/surf

dient dazu, CAD-Daten (IGES) einzulesen und zur Vernetzung mit pro-STAR oder pro-STAR/amm aufzubereiten.

pro-STAR/vis  ist ein Visualisierer für die Ergebnisse

 

Vorbereitung

Voraussetzung für die Arbeit mit STAR-CD auf den HP-Clustern sind die richtigen Umgebungsvariablen.  Die wichtigsten können gesetzt werden, in dem man im Login-Fenster

. setstar

eingibt.

Weitere Umgebungsvariable gestatten es, die individuelle Benutzerumgebung einzurichten. Dies sind
 

STARUSR Verzeichnis der pro-STAR-Dateien: PRODEFS, PROINIT und .ProStar.Defaults; Default: Arbeitsverzeichnis
TMPDIR Verzeichnis für Scratchdateien von pro-STAR
MACRO_LOCAL 
MACRO_GLOBAL
Pfad zu den lokalen und globalen pro-STAR Makro-Verzeichnissen
PANEL_LOCAL 
PANEL_GLOBAL
Pfad  zu den lokalen und globalen pro-STAR Panels


Nachdem die STAR-CD Umgebung eingerichtet worden ist, kann mit

 

starlaunch

eine grafische Zugangsoberfläche aufgerufen werden, unter der die STAR-CD Module gestartet. Alle Module können jedoch auch individuell aufgerufen werden.

pro-STAR wird durch

prostar

aufgerufen, mit folgender Eingabe des Grafiktreibers
 

x für den Kommandomodus von pro-STAR
mesa für die grafische Oberfläche unter Mesa (Software Rendering)
glm für die grafische Oberfläche unter OpenGL (Hardware Rendering)

 

 

In pro-STAR kann sowohl im Kommando-Modus als auch im grafischen Modus gearbeitet werden. Besonders komfortabel ist ein weiteres grafisches Tool  STAR GUIde, mit dem man sich durch die Modellentwicklung über die Berechnung bis zum Postprocessing führen lassen kann und in dem ein großer Teil der pro-STAR Funktionen bequemer ausführbar ist.

 

 

Arbeiten mit STAR-CD

Nachdem das Modell unter pro-STAR erzeugt wurde, müssen die für die Berechnungen notwendigen Dateien gesichert werden. Das sind die Geometrie-Datei und die Problem-Datei. Dies geschieht im  File-Menü von pro-STAR:

File --> Geometry ...
File --> Problem ...
File --> Quit --> Save & Quit

Mit dem letzten Kommando wird die Modell-Datei gesichert. Wichtige Dateien, die von pro-STAR erzeugt werden, für die Analyse mit STAR-CD benötigt werden und zum Postprozessing oder für Restart erforderlich sind, sind:

 

filename.inp Datei mit pro-STAR Kommandos zum Import in pro-STAR
casename.ccmg Geometriedatei, wird von pro-STAR erzeugt und von STAR-CD eingelesen
casename.prob Problemdatei, wird ebenfalls von pro-STAR erzeugt und von STAR-CD eingelesen
casename.mdl Modelldatei, wird von pro-STAR erzeugt und eingelesen
casename.ccmp Ergebnisdatei zum Postprocessing und für Restarts
casename.run
casename.info
casename.rsi
Dateien mit Informationen zum Analyseverlauf und Fehlermeldungen

 

Eine komplette Liste aller Dateien findet man im CCM User Guide, App. B.

Um ein STAR-CD Problem zu berechnen, geht man am einfachsten über die STAR GUIde Oberfläche, in dem man dort Analysis Preparation anklickt und dort

Run Analysis Interactively

auswählt. Auf Betriebssystemebene kann man auch direkt den Solver in dem Verzeichnis starten, in dem das Geometrie-  und Problem-File liegen. Es genügt, einach

star oder star -case casename

einzugeben. Das star-Kommando besitzt eine Fülle an Optionen, deren Bedeutung im Anhang E des User's Manual stehen, wobei casename der Problemname ist.
 

StarCD auf den Linux-Clustern

Auf den SCC Parallelclustern Institutscluster und bwUniCluster wird ein Modulkonzept eingesetzt. Bevor Sie mit dem StarCD Produkt arbeiten können, müssen Sie zuerst das entsprechende Modul laden. Alle vorhandenen Software-Module erhalten Sie, indem Sie

module avail

eintippen. Um das Modul der aktuellen Version von StarCD zu laden, geben Sie z.B. auf Institutscluster Folgendes ein:

module load starcd/4.26

Danach kann StarCD wie gewohnt gestartet werden.

 

Wie oben schon erwähnt, sollten auf den Clustern größere Rechenläufe unter Kontrolle vom Job Management System durchgeführt werden, weil damit die Maschine besser betrieben werden kann und alle notwendigen Ressourcen für den Job angefordert werden.

 

Das Kommand starcdjob erzeugt den Aufruf mit den richtigen Parametern:

starcdjob -j casename -t time -m memory -c class -p Anzahl_der_Prozessoren -s Zeichenkette

In der Zeichenkette können, eingeschlossen in Hochkomma, weitere Optionen stehen, die im star-Aufruf zugelassen sind, z.B.

 -dp  für doppeltgenaue Berechnung
 -restart  falls ein Restart-Lauf gestartet werden soll
 -decompmeth=method  Auswahl des Partitionierungsverfahrens
 -decompflags="flags"  setzen von Flags, mit denen die
 Domänenzerlegung gesteuert wird
 -chktime=n  alle n Minuten wird das Zwischenergebnis gesichert

u.v.m. (s. Anhang E im CCM User Manual).

Arbeiten mit pro-STAR/surf und pro-STAR/amm

pro-STAR/surf  ist der Oberflächenvernetzer, der es erlaubt Geometriedaten in den verschiedensten CAD-Formaten einzulesen, zu bearbeiten und zu vernetzen.
pro-STAR/amm ist der automatische Volumenvernetzer. Die beiden Module werden durch

prostar -surf oder prosurf
prostar -amm oder proam

aufgerufen. Bei pro-STAR/amm wird das normale pro-STAR gestartet mit dem zusätzlichen Menü Advanced, das die beiden Volumenvernetzer Automesh-Classic und Automesh anbietet. Beide Vernetzer werden über Wizards genutzt. 

Restarts

Häufig ist ein Problem nicht in einem Rechenlauf zu lösen, sondern

  • man möchte in einem weiteren Lauf weitere Zeitschritte eines transienten Problems lösen
  • man möchte auf der Basis einer stationären Lösung in einem weiteren Lauf eine Zeitabhängigkeit aufbringen und berechnen
  • u.a.m.

Das Modell eines Restart-Laufs ist in der Regel dasselbe wie im ersten Lauf und unterscheidet sich nur in den

  • Randbedingungen
  • Anfangsbedingungen
  • Loadsteps

Die Datei, auf die der Restart-Lauf aufsetzt, ist die Post Data Datei casename.ccmp, die also bereitstehen muß. Da der Restart-Lauf dieselbe Identifikation casename haben muß, wie der vorausgegangene, bietet sich folgendes Vorgehen an:

  1. man kopiert die Modelldatei casename.mdl in ein separates Verzeichnis
  2. man kopiert die Post Data Datei casename.ccmp in dasselbe Verzeichnis
  3. man führt alle Modifikationen am Modell für den Restart-Lauf
  4. man sichert das neue Modell mit
            1. File --> Geometry File ...
              File --> Problem File ...
              File --> Quit --> Save & Quit

Nachdem der Restart-Lauf vorbereitet wurde, wird er wie ein normaler Lauf durchgeführt. Das Executable kann auf 2 Arten gestartet werden:

  • über STAR GUIde: interaktiv über Run Analysis Interactively --> Restart
  • im Batch in dem man dem Aufruf von starcdjob den restart-Parameter mitgibt, also
 
         starcdjob -j casename -s "-restart" ....

 

Visualisierung mit EnSight und anderen Postprozessoren

Im STARGUIde von pro-STAR wird Export Data gewählt und darunter Export Results. Es werden verschiedene Formate angeboten, in die die STAR-CD Ergebnisse konvertiert werden können, u.a. EnSight, Patran, ICEM.

 

 

Dokumentation und Beispiele

Die Dokumentation liegt online im PDF-Format vor und kann in pro-STAR über die Help-Funktion angeschaut bzw. ausgedruckt werden.

  • CCM User Guide
  • Meshing User Guide
  • CCM Tutorials
  • Meshing Tutorials 
  • Methodology
  • Release Notes
  • Postprocessing User Guide
  • Commands
  • Supplementary Notes

Die Dateien zu den Tutorial-Beispielen liegen im Unterverzeichnis STARCDTUTS des Installationsverzeichnisses.

Dokumentation und Handbücher

Die Dokumentation liegt komplett im PDF-Format und vor und kann über die Online Hilfe angeschaut und gedruckt werden.
  • Methodology 
  • CCM User Guide
  • Meshing User Guide
  • Postprocessing User Guide
  • CCM Tutorials
  • Meshing Tutorials
  • Commands
  • Supplementary Notes
  • Release Notes

Man kann auch direkt in den Installationsverzeichnissen auf die Dokumentation zugreifen.

  • auf dem HP XC3000 Cluster Institutscluster unter /software/all/CD-adapco/starcd_4.18.044/STARCDMAN

Die für die Tutorien notwendigen Dateien findet man im Unterverzeichnis STARCDTUTS der
jeweiligen Installationsverzeichnisse.