STAR-CCM+在汽车行业中的应用
STAR-CCM+（全称 Simulation of Turbulent flow in Arbitrary Region - Computational Continuum Mechanics +）是西门子数字化工业软件旗下的一款顶级多物理场计算流体动力学（CFD）仿真软件。在汽车行业，它几乎是CFD仿真的行业标准工具之一，被全球几乎所有主要的汽车制造商（如奔驰、宝马、大众、通用、福特、丰田、本田等）和零部件供应商（如博世、大陆、电装等）广泛使用。
其核心价值在于通过高精度的虚拟仿真，替代或减少昂贵的物理原型测试，从而大幅缩短研发周期、降低开发成本、并优化产品性能。
以下是STAR-CCM+在汽车行业中的主要应用领域，涵盖了传统燃油车和新能源汽车：
1. 空气动力学与风阻优化 (Aerodynamics)
这是最经典的应用。汽车的空气动力学性能直接关系到燃油经济性（续航里程）、高速行驶稳定性和风噪。
参考案例-分析方法-剧本动画：评估车辆空气动力学
参考案例-分析方法-高级渲染：光线追踪
· 减阻 (Drag Reduction)：通过仿真分析车身外流场，优化车身造型（如A柱角度、车顶曲线、后视镜设计、车尾扰流等），降低风阻系数（Cd值）。每降低0.01的Cd值，对燃油车和电动车的续航都至关重要。
参考案例-设计探索-使用设计管理器替换零部件
· 升力与控制 (Lift & Control)：优化车身底部、扩散器和尾翼的设计，确保车辆在高速时有足够的下压力，提高操控稳定性。
参考案例-可压缩流-跨音速流：RAE2822 翼型
参考案例-可压缩流-跨音速流：使用重叠网格的 RAE2822 翼型
参考案例-设计探索-伴随形状优化：双元件机翼的网格灵敏度
参考案例-设计探索-伴随拓扑优化：流经 U 形弯管
· 进排气管理 (Airflow Management)：为发动机舱、电池组和制动系统设计高效的冷却进气口和排气通道，确保足够冷却的同时最小化对气动阻力的负面影响。
参考案例-热传递和辐射-基于部件的壳体：排气管
参考案例-固体应力-共轭传热和热应力：排气岐管
参考案例-固体应力-流体结构相互作用：振动管
参考案例-固体应力-来自映射温度数据的热应力：排气岐管
参考案例-与 CAE 程序耦合-Simcenter STAR-CCM+ 至 Simcenter STAR-CCM+ 耦合：烟囱中的热传递
参考案例-与 CAE 程序耦合-Abaqus 基于文件耦合：排气岐管
参考案例-与 CAE 程序耦合-Abaqus 协同仿真：热耦合
参考案例-与 CAE 程序耦合-Abaqus 协同仿真：机械耦合
参考案例-设计探索-替代模型：工业排气系统的可靠性
参考案例-设计探索-伴随形状优化：S-弯曲的表面灵敏度
参考案例-设计探索-伴随形状优化：Y 接点流形的表面网格变形
2. 热管理 (Thermal Management)
这是汽车研发中极其关键的一环，STAR-CCM+在此领域功能非常强大。
· 发动机舱冷却 (Underhood Cooling)：模拟散热器、中冷器、风扇、导风罩等组成的复杂系统内的流动与传热，确保发动机、涡轮增压器、变速箱等关键部件在极端工况下不会过热。
参考案例-热传递和辐射-共轭热传递：加热翼片导入
参考案例-热传递和辐射-双流体热交换器：汽车散热器
参考案例-热传递和辐射-多零部件固体：显卡冷却
参考案例-热传递和辐射-Photon Monte Carlo 辐射：前照灯
· 乘员舱舒适性 (Passenger Cabin Comfort)：模拟空调系统（HVAC）的出风、气流组织、温度分布，避免直吹乘客产生不适，并快速实现舱内均匀的温度调节。这就是常说的“驾舱舒适性分析”。
参考案例-热传递和辐射-热舒适性汽车座舱
参考案例-分析方法-数据聚焦：热舒适性
· 新能源汽车热管理 (NEV Thermal Management)：
· 电池包(Battery)：模拟电池液冷或风冷系统的冷却效果，保证电芯温度均匀，防止过热引发热失控，极端重要于安全与寿命。
参考案例-电池-电热建模：电池包冷却
参考案例-电池-热失控：电池包放热和通风
参考案例-电池-Simcenter STAR-CCM+ Batteries：电芯热分析
参考案例-电池-圆柱型电池单元：电池单元热分析
参考案例-电池-锂离子电池单元模型：电池单元电化学分析
· 电机与电控 (eMotor & Inverter)：分析电机水套冷却效率和控制器的散热性能。
参考案例-多相流体-混合多相：电动机冷却
· 热泵系统 (Heat Pump Systems)：用于电动车在冬季高效制热，延长续航。
参考案例-设计探索-帕累托优化：静态混合器
参考案例-设计探索-静态混合器的设计扫掠
3. 动力总成系统 (Powertrain)
· 内燃机(ICE)缸内燃烧：模拟燃油喷射、混合、燃烧过程，优化燃烧室形状、喷油策略，以提高效率并降低排放。
参考案例-Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder系列
· 进排气系统：优化进气管路和排气歧管的设计，减少流动损失，提高容积效率。
参考案例-热传递和辐射-模拟操作：多时间尺度共轭传热
参考案例-热传递和辐射-模拟操作：瞬态-瞬态多时间尺度共轭传热
4. 车辆水管理 (Water Management)
· 涉水分析：模拟车辆通过积水路面时，水是否会进入发动机进气口或舱室。
参考案例-多相流体-VOF：重力驱动流体
参考案例-多相流体-VOF：使用自适应网格化的油箱晃动
参考案例-运动-轨迹运动：在固定滑轨上对底盘进行浸漆
· 表面水污染：分析雨天行驶时，侧窗、后视镜上的水流路径，优化雨刮器和车身设计，保证驾驶员视野清晰。
参考案例-多相流体-液膜：液膜流体
参考案例-多相流体-液膜 - VOF：斜面细流
· 刹车盘溅水冷却：分析车轮腔体内的流场，评估刹车盘的冷却效果。
参考案例-多相流体-混合多相与大尺度交界面：齿轮润滑
5. 空气声学与风噪 (Aeroacoustics & Wind Noise)
· 风噪 (Wind Noise)：模拟气流经过A柱、后视镜、门缝等部位产生的噪声，并通过优化密封条设计和外形来降低传入舱内的噪声，提升NVH（噪声、振动与平顺性）性能。
参考案例-气动声学-DES 和 FW-H 实时：圆柱体噪声（非稳态分析）
· 气动声学：分析空调风道、出风口产生的 whistling（啸叫）等异响。
参考案例-气动声学-Ffowcs Williams-Hawkings：声音传播
参考案例-气动声学-Lighthill 波与扰动对流波建模：简化 HVAC 管道
6. 其他重要应用
· 除霜除雾 (Defrosting & Demisting)：模拟前挡风玻璃和侧窗的除霜除雾过程，确保在法规规定的时间内清除视野盲区。
参考案例-多相流体-离散多相：翼型结冰
· 燃料电池汽车 (FCEV)：模拟燃料电池堆内部的化学反应、流动、传质和传热过程，是燃料电池设计的核心工具。
参考案例-电化学-固体氧化物燃料电池
· 自动驾驶与传感器清洁：模拟激光雷达、摄像头等传感器表面的污染情况，并设计高效的清洁喷嘴。
参考案例-多相流-拉格朗日：颗粒负载型流体
STAR-CCM+ 的核心优势为何备受汽车行业青睐？
1. 一体化多物理场平台：它不是单一的CFD求解器，而是一个集几何处理、网格生成、物理模型设置、求解计算、后处理分析于一体的完整环境。用户无需在不同软件间切换，大大提高了工作效率。
参考案例-几何-3D-CAD：使用欧洲卡车进行去特征与修复
参考案例-几何-3D-CAD 高级准备：修复排气
2. 卓越的网格技术：其独有的多面体网格技术，在保证精度的同时，能比传统的四面体网格数量减少最多5-10倍，极大缩短计算时间。同时，其自动网格生成和加密功能非常智能和高效。
参考案例-网格-包面：进气歧管
参考案例-网格-表面修复工具制动器组件
参考案例-网格-基于零部件的网格化外流空气动力学
参考案例-网格-网格操作：导入的控制阀
参考案例-网格-网格化：多零部件热交换器
参考案例-网格-定向网格：电机
参考案例-网格-局部包面：欧洲卡车
3. 强大的并行计算能力：能够高效利用从工作站到上千个核心的高性能计算集群（HPC），处理数亿网格的超大规模模型，满足汽车行业复杂模型的需求。
4. 自动化与优化：内置的Design Manager工具可以方便地与HEEDS等优化软件集成，实现参数化研究和自动化优化，自动寻找最优的设计方案。
5. 丰富的物理模型：除了常规的流体和热分析，还包含燃烧、化学反应、多相流、固体应力、电磁场等高级模型，能够应对汽车行业各种复杂的多物理场耦合问题。
总结
STAR-CCM+ 已经成为现代汽车研发数字化流程中不可或缺的一环。它帮助工程师在“数字世界”中深度洞察物理现象，从单一的空气动力学分析扩展到涵盖热管理、声学、动力系统等全方位的性能开发。随着汽车行业向电动化、智能化转型，对高效、安全、舒适的需求更高，STAR-CCM+ 这类高精度仿真软件的作用将变得更加关键。
备注：部分文字内容由AI生成，参考案例为软件自带练习案例汇总。
