優(yōu)勢

先進的電磁求解器可對低頻應用進行精確分析

• 單一集成多物理場環(huán)境可提高物理逼真度，擴大應用范圍
• 在同一仿真中，計算電磁學可與計算流體力學(CFD)/熱物理學耦合
• 低頻電磁學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

當今電磁學面臨的挑戰(zhàn)

電氣化是工業(yè)創(chuàng)新的主要支柱之一。在這一領域，現(xiàn)代設計和優(yōu)化通常需要采用多學科方法。例如，開發(fā)電動機可能需要考慮電磁學、熱傳導、流體動力學、結(jié)構(gòu)力學以及噪聲和振動。設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。要解決此類復雜性問題，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。以下是當今電磁學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分析

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

減少設置復雜工作流程（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計通常需要對復雜的物理現(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
• 磁流體動力學和等離子弧（斷路器、繼電器、焊接裝置、熱噴涂、等離子焊炬）
• 涉及與固體應力耦合的問題，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)計算預測結(jié)果做出決策。解決方案的精度至關重要，不容有失。例如，精確仿真有助于了解開關設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。國際計算電磁學學會基準案例結(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(CEM)模型可確保在不影響速度的情況下涵蓋不同應用領域
• 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一直與相關學術和工業(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