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Simcenter STAR-CCM+ 多物理场 CFD 软件介绍

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Simcenter STAR-CCM+ 作为专业多物理场 CFD(计算流体力学)软件,可最大程度减少仿真中的近似与假设,凭借全面、精准且高效的流体力学相关多物理场建模能力,精准捕捉影响复杂产品性能的物理场,助力用户提升设计预测性能与实际产品的一致性信心。



一、核心多物理场 CFD 功能(5 类)

1. 空气动力学

可对气体、液体单相流进行全面 CFD 建模,覆盖可压缩 / 不可压缩流、亚音速 / 超音速 / 高超声速流、层流 / 湍流等场景。针对湍流,提供雷诺平均纳维斯托克斯(RANS)、分离涡模拟(DES)、大涡模拟(LES)等先进湍流模型,满足不同行业工程师的仿真需求。

2. 多相流

支持模拟分层、分散、离散、薄膜等多种流态的工程问题。因单一多相模型无法覆盖所有流态,软件提供全面的多相 CFD 模型,支持模型结合使用及流态间智能转换,可仿真多流态、多尺度多相流,精准预测产品实际运行行为。

3. 光滑粒子流体动力学

在基于网格的有限体积法之外,提供无网格 CFD 替代方案 —— 光滑粒子流体动力学(SPH)。该方法稳健高效,可轻松处理复杂几何形状与运动问题,无需额外操作即可解析复杂高动态流场;且已无缝集成至软件中,用户可直接利用软件端到端流程自动化与设计探索功能。

4. 颗粒流集成

聚焦颗粒效率提升、分布优化、能耗降低、磨损减少及整体性能优化,可精准仿真真实粒子形状的运动与接触状态,保障物料处理性能。与其他 CFD 工具不同,软件在单一仿真环境中实现流动与粒子物理场耦合,大幅减少仿真设置工作量;同时提供基于网格和无网格的离散元方法(DEM),供工程师选择适配的粒子建模方式。

5. 反应流与排放模型

提供整套反应流和排放模型,可实现反应流与热传导、辐射、多相反应、表面化学的紧密耦合。借助各类反应流模型,用户能分析并优化火焰形状与位置,降低固体组分温度、减少排放、提升工艺性能;还可预测火焰传播动力学、热传导、热磨损、排放、产量、转化率、选择性及不良工况,辅助工艺优化。

二、其他多物理场 CFD 功能(5 类)

1. 热传导仿真

集成传导、对流、辐射、共轭热传导、沸腾等全套热传导物理场,可精准预测流体与固体中的温度分布。依托多时间尺度技术及复杂流体 / 固体网格划分,即便流体力学与固体热力学时间尺度差异显著,也能快速求解复杂共轭热传导(CHT)问题。



2. 气动声学噪声源预测

涵盖稳态模型、直接模型(DES/LES)、传播模型及声学扰动方程(APE)求解器,支持混合气动声学方法:先通过 CFD 仿真捕获流动湍流并转换为气动声学源,再将声源导入第二个声学(FEM)仿真模型,最终预测声源在环境中的传播(含反射、吸收),例如可预测汽车后视镜的车内噪声。

3. 流固耦合(FSI)仿真

同时支持基于有限体积(FV)的 CFD 与基于有限元(FE)的计算固体力学(CSM),用户可在单一集成化 CFD 软件界面中完成流固耦合仿真,能求解静态、准静态、动态问题(含非线性几何体及多零件粘合触点、小滑动触点问题)。此外,软件还扩展机械流固耦合功能,提供高效热应力分析工作流程,可先求解流体与结构间的热传导,再评估固体区域热应力。

4. 计算流变学仿真

内置计算流变学功能,工程师可仿真以扩散、粘性或粘弹性行为为主的流体,借助新增有限元求解器完成建模。该功能对消费品、废物处理、食品饮料等行业尤为实用(如操作搅拌器、处理流动容器、浆料、挤压及材料加工场景),能助力降低功耗与原材料消耗、减少排放,同时提升产品可靠性与用户体验、降低责任成本;提供自由曲面、部分填充、粘性能量、薄膜流延、短纤维等全套求解器模型。

5. 电磁仿真

提供多种电磁模型,可解决电磁阀、螺线管、激励器、电动机变压器等一系列电磁仿真问题。作为多物理场 CFD 套件,软件支持集成式电磁功能,一次仿真即可实现冷却液流、热传导与电磁的紧密耦合;同时具备广泛建模能力,可仿真磁流体动力学(MHD)应用,如等离子弧、气体爆炸断路器、焊接等场景。

三、更多功能

1.网格划分:

Simcenter STAR-CCM + 网格划分功能以快速、可靠、高保真为核心,提供四面体、修剪六面体、首创多面体等丰富类型,含棱柱层、薄层等专项技术,支持同一仿真组合多网格。

其具备全局 / 局部 / 自动化网格控制,结合模型与解决方案的自适应网格细化,平衡精度与成本。还拥前沿移动网格技术,可与物理场、运动建模协同,实现嵌套网格仿真、6 自由度运动预测等,复现机器运转,适配多 CFD 场景。



2.自动化:

Simcenter STAR-CCM + 自动化功能聚焦全仿真流程,集成 CAD 到优化于单一平台,以高保真几何处理、自动网格等为基础。无需代码可建可靠复用流程,也支持 JAVA 脚本实现复杂任务自动化。其能在单一环境探索超 100 种设计,提供参数化工具,可自动生成变体、扫描多参数。还含 SHERPA 算法、DOE、随机研究工具,集成伴随拓扑优化,无需优化专家也能高效找优设计,适配增材制造需求。

3.数据分析:

Simcenter STAR-CCM + 的 CFD 数据分析功能,依托集成后处理实现。可通过线图、直方图等工具比较交流定量结果,用交互式环境创视觉化绘图,还能借快速傅里叶变换、数据聚焦技术深挖数据、可视化产品性能。

其专为设计探索定制,助力工程师找理想方案、识别设计与性能关联、排除不可行设计,也能评估折衷方案、分析设计变化影响,且支持场景链接等功能,方便比较不同数据集结果。

4.可拓展的模拟:

Simcenter STAR-CCM + 许可模式简洁灵活,单个许可证即可解锁核心前 / 后处理、多物理场、HPC、云使用及设计探索优化功能,且支持 HPC 资源扩展,可使用无限计算资源。

其支持 GPU 加速 CFD 仿真,能显著提速、节能降本,可连夜运行 LES、气动声学等资源密集型高保真仿真,适配复杂产品建模。CPU 求解器技术直移植 GPU,确保两类计算结果一致,支持无缝切换硬件方案。



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