技术干货︱吹泡泡 - STAR-CCM 后处理新功能
如果我跟你提到泡泡，你会想到什么？可能不会是想到CFD的结果后处理吧？我首先想到的是有趣的事情！我把自己想象成一个小孩，吹泡泡，凝视着它们飞扬的样子。我记得自己追着泡泡，希望他们能持续尽可能长的时间。有趣的是，这么简单的事情会让我如此感兴趣。更重要的是，即使在当今的高科技世界中，吹泡泡仍然会让任何一个孩子都惊叹不已。其实真正的原因是，孩子们在不知不觉中发现了物理学的美！我远没有想到几十年后，我会在完全不同的情况下使用另一种形式的泡泡，一种会让我又兴奋又怀旧的泡泡。
气泡图是STAR-CCM+v2020.2中对仿真结果进行分析处理的新方法。在对CFD结果进行后处理时，气泡图允许您在单个XY图上添加多层信息。这样，您可以轻松地消化复杂的信息集，以更好地了解您的产品性能。这不仅适用于单个仿真，还适用于设计探索优化研究。
您可能不会想到一个设计分析会吹多少气泡---直到您对CFD结果进行后期处理。
下面的四张图为旋转风扇的分析结果，很好地说明了从常规2D图到使用高级多维气泡图的显示对比。第一张图只不过是一个常规的XY图，其中显示了切线速度和压力之间的关系。通过切换到气泡图样式，我们可以向数据集添加第三维。如第二幅图所示，这就是气泡大小帮助将径向速度的关系加入到图形中。但是又怎么了？温度还要考虑进来，并且是最重要的因素？那在图中必须要有温度的位置！幸运的是，我们有气泡的颜色，可以避免发生冲突！
这样，我们现在可以在第三幅图中全面地分析我们四个不同参数之间的关系，确定我们产品的性能趋势。如果仅对部分信息感兴趣，那么我们可以重点关注部分数据！比如第四个气泡图上，我们采用涡量大小来聚焦数据，可以专注于高涡量的情况。
压力与切向速关系 气泡大小表示径向速度
增加气泡颜色表示温度 气泡图中的数据聚焦
气泡图也非常灵活，可以使用线性（默认），对数或面积进行缩放。采用对数或面积时，数据源中的任何负值将由带有X的圆圈直观表示。如果需要，您还可以选择隐藏这些负值。
显示负值数据的图表 隐藏负值数据的图表
通过气泡图更好地了解瞬态仿真的输出
气泡图的另一个用途是更好地了解复杂物理条件下瞬态仿真的输出。下面的视频说明了具有非牛顿流体的螺旋混合器，结构应力可能会导致故障。为了理解系统何时何处会可能中断，我们需要监视范式等效应力和应力平均值。
那么，使用新的气泡图对CFD结果进行后处理时，我们将学到什么呢？有趣的是，在此视频中我们可以看到这两个关键变量随时间和速度的变化。显然，转速增加得越多，系统承受的压力越大。我们还注意到，由大而红色气泡或大而蓝色气泡表示的两个故障情况与位移值和轴向位置的关系，这些故障对应于螺旋和连接边之间的连接点。它们还存在于-12mm以下的位移中，我们注意到位移与范式等效应力之间存在很强的相关性。
几百个设计？
使用气泡机对CFD结果进行后期处理！
我们的目标是找到正确的设计参数集，以最大程度地提高混合水平，同时又不使材料受到壁面高剪切应力的破坏。下面的气泡图可帮助我们快速识别设计系列，同时在192个方案之间进行权衡。气泡大小向我们显示了条形厚度的影响，而气泡颜色使我们看到了相邻条形之间相对角度的影响。
我们可以看到，角度参数对结果有明显的影响，其中三个设计系列脱颖而出。一个红色的系列，一个绿色的系列和一个蓝色的系列。大角度会触发低混合强度和低壁切应力。小角度增加了混合强度，但以增加壁切应力为代价。识别这些系列将有助于工程师更好地了解参数对目标性能的影响。有助于在最终设计决策中做出适当的妥协。在该图中，我们还有第五个维度，可以帮助识别带有黑色内点或圆形表示的设计优化等级。第一级的是高性能设计，形成了著名的帕累托前沿，而第二级表示性能第二好的设计集合。
气泡图–解决大数据分析的关键
气泡图的另一个有趣的CFD结果后处理案例是笛形管的优化，它的目的是改善飞机防冰系统的热传递。在这个案例中，我们的目标是在遵守最小和最大温度限制的同时，使平均温度最大化，并使相关的标准偏差最小。
同样，气泡图是解决大数据分析的关键。通过识别设计系列和相关趋势来帮助我们了解整个设计空间中的产品性能。第一张图突出显示了俯仰角1参数对平均温度目标和最大温度约束的影响。
笛形管案例：
平均温度与最高温度的关系，考虑[俯仰角1]参数（左）和[俯仰角1＆俯仰角5]参数（右）---本田提供
我们清楚地看到了针对该参数的设计系列。第一系列由该参数的高值定义（大气泡），并且远离最大温度限制。然而，这是以未最大化平均温度为代价的。第二个系列由低俯仰角1参数值（小气泡）定义，这一次达到了使平均温度最大化的目的。然而，这具有超出最大温度限制的风险。
向图中添加另一个参数将帮助我们更加一目了然地了解这两个参数的相互作用及关系。我们添加了带有气泡颜色的俯仰角5参数，得到与俯仰角1相同的趋势，蓝色系列（低俯仰角1值）和橙色系列（高俯仰角1值）非常明显。这两张图证实了俯仰角1和俯仰角5参数对我们的目标均具有重要影响。
泡泡不仅对孩子们来说是一种有趣的活动，
而且是一种严肃的工程工具
气泡图通过将那些难以使用常规2D图提取的信息可视化来吸引您的注意。它提供了一种实际可行的方式来分析复杂结果或大型的数据集，更加有效地识别和传达结果趋势。
让我们在STAR-CCM+中吹泡泡，重温童年吧！
1月28日我们举办了“西门子Simcenter 内燃机缸内过程CFD仿真” 网络研讨会，点击下方图片查看研讨会回放视频哦~