Simcenter STAR-CCM+ 多物理場 CFD 軟件介紹

Simcenter STAR-CCM+ 作為專業多物理場 CFD（計算流體力學）軟件，可最大程度減少仿真中的近似與假設，憑借全面、精準且高效的流體力學相關多物理場建模能力，精準捕捉影響復雜產品性能的物理場，助力用戶提升設計預測性能與實際產品的一致性信心。

一、核心多物理場 CFD 功能（5 類）

1. 空氣動力學

可對氣體、液體單相流進行全面 CFD 建模，覆蓋可壓縮 / 不可壓縮流、亞音速 / 超音速 / 高超聲速流、層流 / 湍流等場景。針對湍流，提供雷諾平均納維斯托克斯（RANS）、分離渦模擬（DES）、大渦模擬（LES）等先進湍流模型，滿足不同行業工程師的仿真需求。

2. 多相流

支持模擬分層、分散、離散、薄膜等多種流態的工程問題。因單一多相模型無法覆蓋所有流態，軟件提供全面的多相 CFD 模型，支持模型結合使用及流態間智能轉換，可仿真多流態、多尺度多相流，精準預測產品實際運行行為。

3. 光滑粒子流體動力學

在基于網格的有限體積法之外，提供無網格 CFD 替代方案 —— 光滑粒子流體動力學（SPH）。該方法穩健高效，可輕松處理復雜幾何形狀與運動問題，無需額外操作即可解析復雜高動態流場；且已無縫集成至軟件中，用戶可直接利用軟件端到端流程自動化與設計探索功能。

4. 顆粒流集成

聚焦顆粒效率提升、分布優化、能耗降低、磨損減少及整體性能優化，可精準仿真真實粒子形狀的運動與接觸狀態，保障物料處理性能。與其他 CFD 工具不同，軟件在單一仿真環境中實現流動與粒子物理場耦合，大幅減少仿真設置工作量；同時提供基于網格和無網格的離散元方法（DEM），供工程師選擇適配的粒子建模方式。

5. 反應流與排放模型

提供整套反應流和排放模型，可實現反應流與熱傳導、輻射、多相反應、表面化學的緊密耦合。借助各類反應流模型，用戶能分析并優化火焰形狀與位置，降低固體組分溫度、減少排放、提升工藝性能；還可預測火焰傳播動力學、熱傳導、熱磨損、排放、產量、轉化率、選擇性及不良工況，輔助工藝優化。

二、其他多物理場 CFD 功能（5 類）

1. 熱傳導仿真

集成傳導、對流、輻射、共軛熱傳導、沸騰等全套熱傳導物理場，可精準預測流體與固體中的溫度分布。依托多時間尺度技術及復雜流體 / 固體網格劃分，即便流體力學與固體熱力學時間尺度差異顯著，也能快速求解復雜共軛熱傳導（CHT）問題。

2. 氣動聲學噪聲源預測

涵蓋穩態模型、直接模型（DES/LES）、傳播模型及聲學擾動方程（APE）求解器，支持混合氣動聲學方法：先通過 CFD 仿真捕獲流動湍流并轉換為氣動聲學源，再將聲源導入第二個聲學（FEM）仿真模型，最終預測聲源在環境中的傳播（含反射、吸收），例如可預測汽車后視鏡的車內噪聲。

3. 流固耦合（FSI）仿真

同時支持基于有限體積（FV）的 CFD 與基于有限元（FE）的計算固體力學（CSM），用戶可在單一集成化 CFD 軟件界面中完成流固耦合仿真，能求解靜態、準靜態、動態問題（含非線性幾何體及多零件粘合觸點、小滑動觸點問題）。此外，軟件還擴展機械流固耦合功能，提供高效熱應力分析工作流程，可先求解流體與結構間的熱傳導，再評估固體區域熱應力。

4. 計算流變學仿真

內置計算流變學功能，工程師可仿真以擴散、粘性或粘彈性行為為主的流體，借助新增有限元求解器完成建模。該功能對消費品、廢物處理、食品飲料等行業尤為實用（如操作攪拌器、處理流動容器、漿料、擠壓及材料加工場景），能助力降低功耗與原材料消耗、減少排放，同時提升產品可靠性與用戶體驗、降低責任成本；提供自由曲面、部分填充、粘性能量、薄膜流延、短纖維等全套求解器模型。

5. 電磁仿真

提供多種電磁模型，可解決電磁閥、螺線管、激勵器、電動機變壓器等一系列電磁仿真問題。作為多物理場 CFD 套件，軟件支持集成式電磁功能，一次仿真即可實現冷卻液流、熱傳導與電磁的緊密耦合；同時具備廣泛建模能力，可仿真磁流體動力學（MHD）應用，如等離子弧、氣體爆炸斷路器、焊接等場景。

三、更多功能

1.網格劃分：

Simcenter STAR-CCM + 網格劃分功能以快速、可靠、高保真為核心，提供四面體、修剪六面體、首創多面體等豐富類型，含棱柱層、薄層等專項技術，支持同一仿真組合多網格。

其具備全局 / 局部 / 自動化網格控制，結合模型與解決方案的自適應網格細化，平衡精度與成本。還擁前沿移動網格技術，可與物理場、運動建模協同，實現嵌套網格仿真、6 自由度運動預測等，復現機器運轉，適配多 CFD 場景。

2.自動化:

Simcenter STAR-CCM + 自動化功能聚焦全仿真流程，集成 CAD 到優化于單一平臺，以高保真幾何處理、自動網格等為基礎。無需代碼可建可靠復用流程，也支持 JAVA 腳本實現復雜任務自動化。其能在單一環境探索超 100 種設計，提供參數化工具，可自動生成變體、掃描多參數。還含 SHERPA 算法、DOE、隨機研究工具，集成伴隨拓撲優化，無需優化專家也能高效找優設計，適配增材制造需求。

3.數據分析：

Simcenter STAR-CCM + 的 CFD 數據分析功能，依托集成后處理實現。可通過線圖、直方圖等工具比較交流定量結果，用交互式環境創視覺化繪圖，還能借快速傅里葉變換、數據聚焦技術深挖數據、可視化產品性能。

其專為設計探索定制，助力工程師找理想方案、識別設計與性能關聯、排除不可行設計，也能評估折衷方案、分析設計變化影響，且支持場景鏈接等功能，方便比較不同數據集結果。

4.可拓展的模擬：

Simcenter STAR-CCM + 許可模式簡潔靈活，單個許可證即可解鎖核心前 / 后處理、多物理場、HPC、云使用及設計探索優化功能，且支持 HPC 資源擴展，可使用無限計算資源。

其支持 GPU 加速 CFD 仿真，能顯著提速、節能降本，可連夜運行 LES、氣動聲學等資源密集型高保真仿真，適配復雜產品建模。CPU 求解器技術直移植 GPU，確保兩類計算結果一致，支持無縫切換硬件方案。