優(yōu)勢

先進的電磁求解器可對低頻應(yīng)用進行精確分析

• 單一集成多物理場環(huán)境可提高物理逼真度，擴大應(yīng)用范圍
• 在同一仿真中，計算電磁學(xué)可與計算流體力學(xué)(CFD)/熱物理學(xué)耦合
• 低頻電磁學(xué)的有限體積和有限元離散可用于2D和3D
• 快速、可擴展的求解器可用于分析工業(yè)規(guī)模的問題

當(dāng)今電磁學(xué)面臨的挑戰(zhàn)

電氣化是工業(yè)創(chuàng)新的主要支柱之一。在這一領(lǐng)域，現(xiàn)代設(shè)計和優(yōu)化通常需要采用多學(xué)科方法。例如，開發(fā)電動機可能需要考慮電磁學(xué)、熱傳導(dǎo)、流體動力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)以及噪聲和振動。設(shè)計斷路器可能涉及輻射、壁燒蝕、接觸侵蝕、鐵磁性和流體力學(xué)。要解決此類復(fù)雜性問題，離不開經(jīng)濟有效的全面綜合分析，其中要用到的一個重要工具就是高級數(shù)值仿真。以下是當(dāng)今電磁學(xué)面臨的其他仿真挑戰(zhàn)：

• 仿真工程師需要仿真所有必要的物理場，以實現(xiàn)真正創(chuàng)新和可靠設(shè)計
• 盡量減少仿真工具數(shù)量，并采用對用戶友好的工作流程
• 所選物理模型必須提供正確的數(shù)值公式和離散化（有限體積(FV)/有限元(FE)、時域/頻域、2D/2D軸對稱/3D）
• 結(jié)果精確，周轉(zhuǎn)時間短

左圖為逼真的3D電機模型，其中網(wǎng)格有1280萬個單元。

右圖為英特爾至強CPU E5-2698版本e3、2.30GHz、InifiniBand QDR的性能。

Simcenter STAR-CCM+提供了解決方案

Simcenter STAR-CCM+軟件是一款多功能CFD工具，具有擴展的多物理場功能。它提供單一集成用戶界面，允許用戶利用一整套耦合物理模型來構(gòu)建實際應(yīng)用的高保真數(shù)字孿生。此外，得益于高度可擴展的高性能計算(HPC)框架，可以優(yōu)化代碼，更快獲得結(jié)果。

Simcenter STAR-CCM+多物理場示例（其中顯示低壓斷路器仿真的橫截面）。

通過Simcenter STAR-CCM+，用戶可以：

利用精確、快速、可擴展的低頻電磁學(xué)分析

利用快速開發(fā)周期，快速響應(yīng)和預(yù)測市場需求，每年發(fā)布三次功能齊全的新版本

減少設(shè)置復(fù)雜工作流程（涉及用途狹窄的不同工具）所需的時間，讓用戶專注于工程決策

多物理場

Simcenter STAR-CCM+主要優(yōu)勢之一在于其能夠在單一環(huán)境中耦合多個物理模型，為用戶提供其應(yīng)用的精確物理數(shù)字孿生。例如，要開發(fā)穩(wěn)健且高性能的電動機，仿真專家需要考慮電機的有效冷卻，其仿真通常涉及高級多相分析（例如噴油冷卻）。同理，對可靠斷路器進行原型設(shè)計通常需要對復(fù)雜的物理現(xiàn)象進行詳細仿真。

使用Simcenter STAR-CCM+的多物理場功能執(zhí)行的典型低頻應(yīng)用包括：

• 電機（電動機、變壓器、發(fā)電機、轉(zhuǎn)換器）及其熱管理
• 磁流體動力學(xué)和等離子?。〝嗦菲鳌⒗^電器、焊接裝置、熱噴涂、等離子焊炬）
• 涉及與固體應(yīng)力耦合的問題，以評估短路事件中磁負載下的機械強度
• 感應(yīng)加熱和攪拌
• 歐姆加熱：母線、保險絲等
• 致動器和揚聲器
• 傳感器和流量計

精度和性能用戶必須對虛擬模型充滿信心，才能根據(jù)計算預(yù)測結(jié)果做出決策。解決方案的精度至關(guān)重要，不容有失。例如，精確仿真有助于了解開關(guān)設(shè)備原型是否能在一定電壓下切斷大短路電流。處理電機的仿真專家需要量化幾何體變化對電機扭矩的影響。安全分析（介電耐壓、屏蔽、防雷）需要仔細確定幾何體大小和組件之間的間隙。國際計算電磁學(xué)學(xué)會基準案例結(jié)果（其中左圖為電流密度分析，右圖為與實驗結(jié)果的比較）。Simcenter STAR-CCM+提供理想精度、速度和性能-具體方法如下：

• 一流的計算電磁學(xué)(CEM)模型可確保在不影響速度的情況下涵蓋不同應(yīng)用領(lǐng)域
• Simcenter STAR-CCM+模型始終以已公布的結(jié)果為基準
• HPC框架具有出色的可擴展性，可在集群上超過200個內(nèi)核的情況下提供更短的周轉(zhuǎn)時間
• 用戶可在直接多網(wǎng)格求解器和迭代多網(wǎng)格求解器之間進行選擇，充分利用它們在不同網(wǎng)格尺寸上的互補優(yōu)勢和性能
• FE迭代求解器可以處理大型網(wǎng)格（超過1000萬個單元），在大型案例中性能出色
• Siemens Digital Industries Software一直與相關(guān)學(xué)術(shù)和工業(yè)合作伙伴保持密切合作，后者的專業(yè)知識有助于提高精度和驗證成功率