Simcenter STAR-CCM+多物理场解决方案：支持在设计早期对实际性能进行预测

支持用户在设计早期预测实际性能

减少代价高昂的故障，缩短上市时间

通过无缝的单一集成用户界面提供各种物理场，提高真实感和精度

摘要

多物理场工程仿真可以精确捕获影响日益复杂的产品性能的所有相关物理场。Simcenter STAR-CCM+软件提供一系列全面、精确和高效的多物理场解决方案，可帮助用户减少近似和假设水平，确保预测的设计性能与实际产品相匹配。

值得信赖的多物理场仿真

Simcenter STAR-CCM+通过单一集成用户界面提供精确、高效的多学科技术。这样用户可以完全耦合的方式研究具有复杂物理现象的复杂工业问题，从而提高精度，更快发现更好的设计。全面多物理场涵盖流体动力学、固体力学、多相流和粒子流、声学、热传导、反应流、电磁学、电化学和流变学等学科。

流体动力学

Simcenter STAR-CCM+提供强大的流求解器，这些求解器可靠、精确，易于设置，并具有出色的可扩展性。这样用户可以从单点仿真快速过渡到探索整个设计空间。它可以：

具有强大且简单易用的耦合和分离流/能求解器，支持从亚音速到高超音速的所有应用

使用稳态和非稳态隐式和显式公式（包括压力隐式算子分裂(PISO)），通过高效的应用求解器快速获得解决方案

使用各种湍流模型（包括雷诺-平均奈维尔-斯托克斯方程(RANS)、分离/大涡仿真(DES/LES)）计算任何尺度的湍流

表示未解析的器件和组件及其对多孔介质流场的影响。可以计算未解析的实体组件的热传导。并通过风扇和热交换器模型对这些组件精确定性

热传导

Simcenter STAR-CCM+可在单一仿真中对流体和固体区域分别进行时间尺度求解，快速解决共轭热传导(CHT)问题：

支持所有热传导模式，包括曲面和参与流体之间的辐射效应

使用零厚度壳体替换薄实体组件，节省网格划分和计算时间

应用包括车辆热管理、车前灯、电子元件冷却、燃气轮机冷却和燃烧等。

冷却涡轮叶片的共轭热传导

混合多相

在现实世界中，多相问题横跨各个行业和应用。其中涉及多种状态，例如一种相含有另一种相的气泡或液滴的混合物、不相溶流体之间的自由曲面、无相占主导地位的混合状态，以及小到无法解析的流体膜和液滴喷雾。传统多相模型只能处理其中一种状态，导致用户不得不做出假设并接受相关错误，或因计算成本而不执行仿真。

使用流体膜和VOF之间的混合多相切换进行车辆水管理

Simcenter STAR-CCM+提供一套强大的混合多状态多相功能，可在单一仿真中根据局部流条件和建模预算在不同状态之间自动转换。这种独特的方法可确保在不影响物理精度的前提下采用适当有效建模策略。

混合多相是围绕一系列多相模型构建的，这些模型可以协同处理任何状态，包括但不限于自由曲面的流体体积(VOF)模型、壁上未解析薄膜的流体膜和离散液滴的拉格朗日多相(LMP)

除这些模型外，Simcenter STAR-CCM+还提供一套相位相互作用模型，允许它们以混合方式协同工作，基于本地需求智能切换，从而扬长避短。这些模型提供大量物理场，例如沸腾、液滴壁撞击和曲面张力

应用包括船舶流体动力学、油箱晃动、车辆水管理、飞行器结冰、电动机冷却、选择性催化还原(SCR)和燃料电池等。

作为混合多模型方法的替代方案，Simcenter STAR-CCM+还提供多状态模型，扩展了全面欧拉多相(EMP)模型，可帮助用户解决不仅限于单一状态的实际问题。这样尖锐的自由表面和混合状态即可与传统的连续/分散状态共存。

应用包括气泡塔、流化床和混合容器等。

粒子流

多相应用不仅限于气体和液体流动，还可能涉及固体颗粒材料加工。Simcenter STAR-CCM+提供一套全面解决方案（包括离散元法(DEM)），可帮助用户对固体粒子流精确建模，其中颗粒的碰撞和形状非常重要。

使用DEM粒子建模的挖掘机在洪水沟中挖掘岩石/土壤(VOF)

通过该解决方案，您可以有效对任何形状的颗粒（包括球形、粗颗粒、复合、成团、圆柱形、胶囊和多面体颗粒）进行建模。它允许用户在单个软件包中对复杂系统进行建模，将流体流动和运动与六自由度(6DOF)求解器的动态流体相互作用(DFBI)耦合，从而避免复杂的多代码耦合。

应用包括流化床反应器、高炉、片剂包衣、建筑设备、农业机械和散装材料搬运设备等。

电机散热仿真

电磁学

环保因素正在推动电气化和替代推进方法发展。对于此类新技术设计中的多物理场仿真，关键方面之一就是电磁学。

Simcenter STAR-CCM+提供一套低频电磁学求解器，可轻松与流动和热分析相结合，用于电机热管理。

通过Simcenter STAR-CCM+，用户可以在时域或单频域中求解，从而使用高度可扩展的有限元(FE)迭代求解器在大型工业网格上快速生成结果。

应用包括电机、磁流体动力学、等离子弧和感应加热等。

电化学

Simcenter STAR-CCM+电磁功能与电化学模型相辅相成，可帮助用户预测和理解与流动、热和电磁场耦合的复杂电化学驱动流程中的实际行为：

通过电化学反应和大量离子反应，用户可以解析设备中的离子分布和由此产生的电压

可以使用耦合等离子体电子模型对复杂的等离子体现象建模

SOFC燃料电池中的水管理

应用包括质子交换膜(PEM)燃料电池、断路器和其他等离子体应用和电镀等。

固体力学

在Simcenter STAR-CCM+中，使用基于非线性FE的固体力学功能可以快速解决流固耦合(FSI)和流体热应力问题。

使用直接并行求解器缩短求解时间，并使用固体能量迭代求解器增加热问题规模

处理各种材料类型，包括弹性、超弹性和弹塑性材料

涵盖载荷和约束对曲面、直线或点的影响

应用包括热交换机、燃料棒、支架、船用螺旋桨和水翼船等。

汽车尾翼的FSI仿真

反应流

收紧的排放控制正在推动人们转向替代燃料和新型燃烧方法。要取得成功，需要对反应流场进行更深入的控制（和了解）。为此，仿真工具必须能够快速提供详细而精确的结果。Simcenter STAR-CCM+提供一套全面的反应和排放模型，可帮助用户深入了解反应流中的实际行为。它提供多种方法来平衡计算时间和精度。

您可以通过精确预测复杂化学成分的物种浓度来确定流程产量。

使用微火焰模型确定火焰位置和动态

使用专用排放模型预测氮氧化物(NOx)、烟尘、一氧化碳(CO)和其他污染物的排放

使用VOF、Lagrangian和DEM模型的多相反应仿真流体之间的反应

航空燃气轮机点火

应用包括燃气轮机、内燃机、后处理系统、聚合反应器、化学气相沉积和煤炉等。

声响

近年来，人们日益认识到，应尽量减少噪声污染，而只要有流存在，就有可能产生不必要的噪声。为精确预测噪声源及其向环境或设备用户的传播，Simcenter STAR-CCM+提供了一个广泛的航空声学模型库：

使用稳态模型在RANS仿真中快速识别噪声源，并估计网格截止频率以进行网格细化

使用DES或LES通过计算气动声学对噪声源进行精确建模，包括对流湍流的预测和在近场传播噪声的方法

从喷嘴传播的声波

使用内置的Ffowcs Williams-Hawkings时域方法对气动声学噪声源向远场的传播进行建模

使用混合声学扰动方程(APE)求解器提高精度 并减少杂散噪声

对于后续的Simcenter 3D声学/振动声学传播分析，Simcenter STAR-CCM+还支持导出表示声源的计算流体力学(CFD)数据

应用包括暖通空调(HVAC)、外部空气动力学、发动机动力总成、飞行器噪声和风扇冷却等。

流变学

在化学加工和食品生产等行业中，工程设计不仅涉及设备，还包括流体本身，这些流体被设计为具有高粘度和非牛顿特性。Simcenter STAR-CCM+提供有限元流变求解器，可对此类复杂的流变材料进行研究。

使用四个标准粘弹性本构方程（Oldroyd-B、Giesekus-Leonov、Phan Thien-Tanner和扩展的Pom-Pom）之一对复杂粘弹性材料进行精确建模

使用Rolie-Poly模型对触变流体进行建模，并使用广义牛顿模型对其他非牛顿流体进行建模

应用包括非牛顿材料的混合（例如食品或油漆）、挤压零件（例如门封和材料加工）等。

挤压零件