CFD 仿真

无论是气体还是液体，Simcenter 都为单相流提供了一整套计算流体动力学模型。从可压缩到不可压缩，从层流状态到湍流状态，Simcenter 支持各种流动条件和应用的 CFD 分析。对于湍流，工程师可以从最先进的湍流模型组合中进行选择，包括 Reynolds-Averaged Navier—Stokes (RANS)、分离涡模拟 (DES) 和大涡模拟 (LES)，从而在精度和计算成本之间取得适当的平衡。

除了有限体积 CFD 方法外，Simcenter 还包括面板方法功能，以支持快速的空气动力学和流体动力学分析。面板方法使用基于表面、由涡流驱动的公式来高效捕获复杂几何形状周围的关键流量特征，而无需进行体积网格划分。这种方法特别适合早期设计和概念评估，可以快速预测载荷、力和性能特征，并补充高保真 CFD 以进行后期验证。

高超音速和超音速流动处于研究和下一代航空航天应用的最前沿。在这些高速状态下，强冲击波、高温和极压梯度主导了流动行为。随着气体解离和电离效应变得显著，理想气体假设可能不再有效，需要真实气体和热化学建模方法来准确捕捉流体物理和性能。

Simcenter CFD 仿真为可压缩、超音速和超音速流进行建模提供高级功能，支持使用适当的物理模型和数值方法分析冲击相互作用、空气动力学加热和高马赫数流现象。为了在早期开发阶段快速评估外部超音速和超音速空气动力学，Simcenter 还采用了面板方法。这种基于表面的方法无需进行体积网格划分，即可高效捕获关键的空气动力学特征，例如复杂配置中的压力分布、力和力矩，是对后来用于详细流体物理和验证的高保真 CFD 仿真的补充。

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现实世界的工程问题涵盖了分层、分散、离散、薄膜等的多种流态。迄今为止，还没有一个可以涵盖所有状态的单一多相模型；但是，Simcenter CFD 为多相 CFD 仿真提供了全面的模型，这些模型可以一起使用以涵盖多种流态，包括它们之间的过渡。通过模拟多状态、多尺度的多相流，预测和了解产品的实际行为。

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粒子动力学在许多工程应用中起着至关重要的作用，包括流化床、旋风分离器、涂层工艺、输送机、烘焙机和散装物料处理系统。无论是处理稀释的还是密集的颗粒流，Simcenter CFD 仿真都有助于优化颗粒分布、降低能耗、最大限度地减少磨损和磨损，并最大限度地提高整体系统性能。对于以粒子-粒子相互作用和接触力学为主的应用，Simcenter 提供先进的离散元素法 (DEM) 功能。这些粒子分辨方法可以对颗粒形状、尺寸分布、接触行为和材料特性进行真实建模，支持对散装物料流动、分离、破损、团聚和磨损的准确预测。这对于密集的颗粒系统尤其重要，在这些系统中，基于 CFD 的传统粒子模型是不够的。

通过在统一的仿真框架中结合 DEM 和 CFD，Simcenter 可以对复杂的粒子-流体系统进行详细仿真。工程师可以灵活选择最合适的建模方法，从基于 CFD 的稀释流粒子方法到密集颗粒系统的完整 DEM 方法，确保各种工业应用的准确性和效率。

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Simcenter 提供了一整套反应流量和排放模型，涵盖了广泛的应用。它支持反应流模型与传热、辐射、多相反应和表面化学之间的紧密耦合。我们的反应流模型有助于了解和优化火焰形状和位置，最大限度地降低固体组件温度，减少排放并最大限度地提高性能效率。您可以预测和了解火焰动力学、传热、热磨损、排放、产量、转换、选择性和不良条件，从而准确捕捉设计的真实物理特性。

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光滑粒子流体力学 (SPH) 是一种快速的无网格计算流体力学方法。由于无需进行网格划分，它使工程师能够使用快速而稳健的方法轻松处理复杂的几何形状和运动。使用 SPH 可以毫不费力地解决复杂的高动态流体/流体接口。因此，SPH方法是新一代数值方法的一部分，该方法旨在使用传统方法克服与网格相关的限制，同时仍以纳维-斯托克斯方程为基础。

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当今的创新产品，从电子设备到移动解决方案，都需要创新的冷却和热管理解决方案。Simcenter CFD 套件允许工程师准确、高效地模拟介质中或介质之间的传热。通过传导、对流、辐射、共轭传热和沸腾，Simcenter CFD 仿真提供了一整套传热物理特性，可以准确预测流体和固体中的温度分布。Simcenter 产品组合包括领先的 CFD 分析，具有针对芯片封装级、印刷电路板 (PCB)、机架和大型数据中心外壳的特定电子冷却仿真功能。

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流致噪声是车辆、建筑物、风扇和工业设备声学特征的重要组成部分。Simcenter 提供了一整套用于预测航空声学噪声源的建模方法，涵盖稳态方法、瞬态晶格玻尔兹曼法 (LBM)、基于 DES 和 LES 的高保真直接模拟、声音传播模型和高级声扰动方程 (APE) 求解器。

Simcenter 支持混合气动声学工作流程，其中 CFD 仿真首先捕获充当噪声源的湍流结构。然后，可以将这些声源转移到专用的声学模拟，包括基于有限元素的方法，以预测声音传播，同时考虑反射、吸收和环境影响。典型应用包括 HVAC 噪音、侧镜噪声和其他流量诱发的声音现象。

此外，Simcenter 通过基于 LBM 和 GPU 加速的快速仿真方法扩展了其气动声学能力。通过直接捕获高时间分辨率的非稳定流动行为，该方法是准确预测外部气动声学噪声的一种有吸引力的替代方法。

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几乎所有现实世界的工程问题最终都取决于流体和固体结构之间的相互作用。Simcenter CFD 仿真提供基于有限体积 (FV) 的计算流体力学和基于有限元 (FE) 的计算固体力学 (CSM)。这使工程师能够在易于使用的单一集成用户界面中模拟流体结构相互作用 FSI。使用这种方法，您可以解决静态、准静态和动态问题，包括具有非线性几何结构的问题以及使用粘合和小型滑动接触的多个零件的问题。

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Simcenter CFD 仿真扩展了机械流体-结构的相互作用，为热应力分析提供了高效的工作流程。热工程师可以解决流体和结构之间的传热问题，并在此基础上评估固体区域的热应力。

利用 Simcenter CFD 分析中的计算流变学，工程师可以模拟以扩散和粘性或粘弹性行为为主的流体。非牛顿流体的计算流体力学对消费品、废物处理以及食品和饮料行业中使用混合器、流动容器、浆料、挤压和材料加工的工程师很有用。准确模拟流变学是减少功耗、排放和原材料使用量的关键，同时提高产品可靠性、用户体验和责任成本。

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Simcenter CFD 套件提供各种电磁模型，可应对从电磁阀、螺线管、执行器和变压器到电机等一系列电磁仿真。作为一款多物理场 CFD 套件，它提供集成的电磁学功能，允许您在单个仿真中与冷却剂流动、传热和电磁学紧密耦合。它还使工程师能够模拟磁流体力学 (MHD) 应用，包括等离子弧模拟、气体喷射断路器和焊接。

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为了实现整体数字双胞胎，Simcenter CFD 仿真已嵌入到更广泛的Simcenter产品组合中。当分析需要超越多物理场 CFD 时，这使工程师能够在运行扩展的多学科项目时保持集成。Simcenter 使您能够通过专用接口和常见数据格式与其他仿真工具配对。这使工程师能够使用从微秒到数千秒的时间尺度创建全面的多学科模拟，以及从复杂的固体力学到快速系统仿真的各种物理学，同时利用最适合每个学科的仿真技术。

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随着工程系统变得越来越复杂和设计周期缩短，工程师需要更快的方法来探索大型设计空间，同时保持对性能预测的信心。基于 AI 的几何深度学习 (GDL) 支持直接根据几何和仿真数据进行快速预测，加快早期决策并开启更广泛的设计探索。

Simcenter 将几何深度学习集成到其 CFD 工作流程中，以创建补充传统仿真的高保真代理模型。通过直接从仿真结果（无论是新生成的还是从现有数据集重复使用的）中学习，GDL 模型可以在几分钟而不是几小时内提供快速的性能预测。这种方法使工程师能够将计算密集型仿真集中在最有前途的概念上，同时使用人工智能来有效地筛选、比较和完善设计备选方案。结果是更快的迭代，更好地利用历史仿真投资，以及可扩展的、由人工智能驱动的洞察力与基于物理的仿真工作流程无缝连接。

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