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STAR-CD ist ein CFD-Programm von Siemens Industry Software GmbH (ehemals CD-adapco Group ). In der voll parallelisierten Variante STAR-HPC ist es am SCC auf dem bwUniCluster 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.

Das SCC hat eine akademische Lizenz von StarCD erworben, die laut Siemens Industry Software GmbH (ehemals CD-adapco Group ) 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).

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 installiert, und läuft dort sowohl seriell, als auch parallelisiert.

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

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

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:

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 dem SCC Parallelcluster 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 dem bwUniCluster Folgendes ein:

module load cae/starcd/4.28

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 -p Anzahl_der_Prozessoren -s Zeichenkette

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

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
   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

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.