優(yōu)勢(shì)

先進(jìn)的電磁求解器可對(duì)低頻應(yīng)用進(jìn)行精確分析

• 單一集成多物理場(chǎng)環(huán)境可提高物理逼真度，擴(kuò)大應(yīng)用范圍
• 在同一仿真中，計(jì)算電磁學(xué)可與計(jì)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(kuò)展的求解器可用于分析工業(yè)規(guī)模的問(wèn)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(jì)和優(yōu)化通常需要采用多學(xué)科方法。例如，開(kāi)發(fā)電動(dòng)機(jī)可能需要考慮電磁學(xué)、熱傳導(dǎo)、流體動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)以及噪聲和振動(dòng)。設(shè)計(jì)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(lèi)復(fù)雜性問(wèn)題，離不開(kāi)經(jīng)濟(jì)有效的全面綜合分析，其中要用到的一個(gè)重要工具就是高級(jí)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(chǎng)，以實(shí)現(xiàn)真正創(chuàng)新和可靠設(shè)計(jì)
• 盡量減少仿真工具數(shù)量，并采用對(duì)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(shí)域/頻域、2D/2D軸對(duì)稱(chēng)/3D）
• 結(jié)果精確，周轉(zhuǎn)時(shí)間短

左圖為逼真的3D電機(jī)模型，其中網(wǎng)格有1280萬(wàn)個(gè)單元。

右圖為英特爾至強(qiáng)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(kuò)展的多物理場(chǎng)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(lái)構(gòu)建實(shí)際應(yīng)用的高保真數(shù)字孿生。此外，得益于高度可擴(kuò)展的高性能計(jì)算(HPC)框架，可以?xún)?yōu)化代碼，更快獲得結(jié)果。

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

通過(guò)Simcenter STAR-CCM+，用戶可以：

利用精確、快速、可擴(kuò)展的低頻電磁學(xué)分析

利用快速開(kāi)發(fā)周期，快速響應(yīng)和預(yù)測(cè)市場(chǎng)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(shí)間，讓用戶專(zhuān)注于工程決策

多物理場(chǎng)

Simcenter STAR-CCM+主要優(yōu)勢(shì)之一在于其能夠在單一環(huán)境中耦合多個(gè)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(kāi)發(fā)穩(wěn)健且高性能的電動(dòng)機(jī)，仿真專(zhuān)家需要考慮電機(jī)的有效冷卻，其仿真通常涉及高級(jí)多相分析（例如噴油冷卻）。同理，對(duì)可靠斷路器進(jìn)行原型設(shè)計(jì)通常需要對(duì)復(fù)雜的物理現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)仿真。

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

• 電機(jī)（電動(dòng)機(jī)、變壓器、發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)換器）及其熱管理
• 磁流體動(dòng)力學(xué)和等離子?。〝嗦菲?、繼電器、焊接裝置、熱噴涂、等離子焊炬）
• 涉及與固體應(yīng)力耦合的問(wèn)題，以評(píng)估短路事件中磁負(fù)載下的機(jī)械強(qiáng)度
• 感應(yīng)加熱和攪拌
• 歐姆加熱：母線、保險(xiǎn)絲等
• 致動(dòng)器和揚(yáng)聲器
• 傳感器和流量計(jì)

精度和性能用戶必須對(duì)虛擬模型充滿信心，才能根據(jù)計(jì)算預(yù)測(cè)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(kāi)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(jī)的仿真專(zhuān)家需要量化幾何體變化對(duì)電機(jī)扭矩的影響。安全分析（介電耐壓、屏蔽、防雷）需要仔細(xì)確定幾何體大小和組件之間的間隙。國(guó)際計(jì)算電磁學(xué)學(xué)會(huì)基準(zhǔn)案例結(jié)果（其中左圖為電流密度分析，右圖為與實(shí)驗(yàn)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(jì)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(zhǔn)
• HPC框架具有出色的可擴(kuò)展性，可在集群上超過(guò)200個(gè)內(nèi)核的情況下提供更短的周轉(zhuǎn)時(shí)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(jìn)行選擇，充分利用它們?cè)诓煌W(wǎng)格尺寸上的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)和性能
• FE迭代求解器可以處理大型網(wǎng)格（超過(guò)1000萬(wàn)個(gè)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(zhuān)業(yè)知識(shí)有助于提高精度和驗(yàn)證成功率