STAR-CCM+（全稱 Simulation of Turbulent flow in Arbitrary Region - Computational Continuum Mechanics +）是西門子數字化工業(yè)軟件旗下的一款頂級多物理場計算流體動力學（CFD）仿真軟件。在汽車行業(yè)，它幾乎是CFD仿真的行業(yè)標準工具之一，被全球幾乎所有主要的汽車制造商（如奔馳、寶馬、大眾、通用、福特、豐田、本田等）和零部件供應商（如博世、大陸、電裝等）廣泛使用。

其核心價值在于通過高精度的虛擬仿真，替代或減少昂貴的物理原型測試，從而大幅縮短研發(fā)周期、降低開發(fā)成本、并優(yōu)化產品性能。

以下是STAR-CCM+在汽車行業(yè)中的主要應用領域，涵蓋了傳統(tǒng)燃油車和新能源汽車：

1. 空氣動力學與風阻優(yōu)化 (Aerodynamics)

這是最經典的應用。汽車的空氣動力學性能直接關系到燃油經濟性（續(xù)航里程）、高速行駛穩(wěn)定性和風噪。

參考案例-分析方法-劇本動畫：評估車輛空氣動力學

參考案例-分析方法-高級渲染：光線追蹤

· 減阻 (Drag Reduction)：通過仿真分析車身外流場，優(yōu)化車身造型（如A柱角度、車頂曲線、后視鏡設計、車尾擾流等），降低風阻系數（Cd值）。每降低0.01的Cd值，對燃油車和電動車的續(xù)航都至關重要。

參考案例-設計探索-使用設計管理器替換零部件

· 升力與控制 (Lift & Control)：優(yōu)化車身底部、擴散器和尾翼的設計，確保車輛在高速時有足夠的下壓力，提高操控穩(wěn)定性。

參考案例-可壓縮流-跨音速流：RAE2822 翼型

參考案例-可壓縮流-跨音速流：使用重疊網格的 RAE2822 翼型

參考案例-設計探索-伴隨形狀優(yōu)化：雙元件機翼的網格靈敏度

參考案例-設計探索-伴隨拓撲優(yōu)化：流經 U 形彎管

· 進排氣管理 (Airflow Management)：為發(fā)動機艙、電池組和制動系統(tǒng)設計高效的冷卻進氣口和排氣通道，確保足夠冷卻的同時最小化對氣動阻力的負面影響。

參考案例-熱傳遞和輻射-基于部件的殼體：排氣管

參考案例-固體應力-共軛傳熱和熱應力：排氣岐管

參考案例-固體應力-流體結構相互作用：振動管

參考案例-固體應力-來自映射溫度數據的熱應力：排氣岐管

參考案例-與 CAE 程序耦合-Simcenter STAR-CCM+ 至 Simcenter STAR-CCM+ 耦合：煙囪中的熱傳遞

參考案例-與 CAE 程序耦合-Abaqus 基于文件耦合：排氣岐管

參考案例-與 CAE 程序耦合-Abaqus 協(xié)同仿真：熱耦合

參考案例-與 CAE 程序耦合-Abaqus 協(xié)同仿真：機械耦合

參考案例-設計探索-替代模型：工業(yè)排氣系統(tǒng)的可靠性

參考案例-設計探索-伴隨形狀優(yōu)化：S-彎曲的表面靈敏度

參考案例-設計探索-伴隨形狀優(yōu)化：Y 接點流形的表面網格變形

2. 熱管理 (Thermal Management)

這是汽車研發(fā)中極其關鍵的一環(huán)，STAR-CCM+在此領域功能非常強大。

· 發(fā)動機艙冷卻 (Underhood Cooling)：模擬散熱器、中冷器、風扇、導風罩等組成的復雜系統(tǒng)內的流動與傳熱，確保發(fā)動機、渦輪增壓器、變速箱等關鍵部件在極端工況下不會過熱。

參考案例-熱傳遞和輻射-共軛熱傳遞：加熱翼片導入

參考案例-熱傳遞和輻射-雙流體熱交換器：汽車散熱器

參考案例-熱傳遞和輻射-多零部件固體：顯卡冷卻

參考案例-熱傳遞和輻射-Photon Monte Carlo 輻射：前照燈

· 乘員艙舒適性 (Passenger Cabin Comfort)：模擬空調系統(tǒng)（HVAC）的出風、氣流組織、溫度分布，避免直吹乘客產生不適，并快速實現艙內均勻的溫度調節(jié)。這就是常說的“駕艙舒適性分析”。

參考案例-熱傳遞和輻射-熱舒適性汽車座艙

參考案例-分析方法-數據聚焦：熱舒適性

· 新能源汽車熱管理 (NEV Thermal Management)：

 · 電池包(Battery)：模擬電池液冷或風冷系統(tǒng)的冷卻效果，保證電芯溫度均勻，防止過熱引發(fā)熱失控，極端重要于安全與壽命。

參考案例-電池-電熱建模：電池包冷卻

參考案例-電池-熱失控：電池包放熱和通風

參考案例-電池-Simcenter STAR-CCM+ Batteries：電芯熱分析

參考案例-電池-圓柱型電池單元：電池單元熱分析

參考案例-電池-鋰離子電池單元模型：電池單元電化學分析

 · 電機與電控 (eMotor & Inverter)：分析電機水套冷卻效率和控制器的散熱性能。

參考案例-多相流體-混合多相：電動機冷卻

 · 熱泵系統(tǒng) (Heat Pump Systems)：用于電動車在冬季高效制熱，延長續(xù)航。

參考案例-設計探索-帕累托優(yōu)化：靜態(tài)混合器

參考案例-設計探索-靜態(tài)混合器的設計掃掠

3. 動力總成系統(tǒng) (Powertrain)

· 內燃機(ICE)缸內燃燒：模擬燃油噴射、混合、燃燒過程，優(yōu)化燃燒室形狀、噴油策略，以提高效率并降低排放。

參考案例-Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder系列

· 進排氣系統(tǒng)：優(yōu)化進氣管路和排氣歧管的設計，減少流動損失，提高容積效率。

參考案例-熱傳遞和輻射-模擬操作：多時間尺度共軛傳熱

參考案例-熱傳遞和輻射-模擬操作：瞬態(tài)-瞬態(tài)多時間尺度共軛傳熱

4. 車輛水管理 (Water Management)

· 涉水分析：模擬車輛通過積水路面時，水是否會進入發(fā)動機進氣口或艙室。

參考案例-多相流體-VOF：重力驅動流體

參考案例-多相流體-VOF：使用自適應網格化的油箱晃動

· 表面水污染：分析雨天行駛時，側窗、后視鏡上的水流路徑，優(yōu)化雨刮器和車身設計，保證駕駛員視野清晰。

參考案例-多相流體-液膜：液膜流體

參考案例-多相流體-液膜 - VOF：斜面細流

· 剎車盤濺水冷卻：分析車輪腔體內的流場，評估剎車盤的冷卻效果。

參考案例-多相流體-混合多相與大尺度交界面：齒輪潤滑

5. 空氣聲學與風噪 (Aeroacoustics & Wind Noise)

· 風噪 (Wind Noise)：模擬氣流經過A柱、后視鏡、門縫等部位產生的噪聲，并通過優(yōu)化密封條設計和外形來降低傳入艙內的噪聲，提升NVH（噪聲、振動與平順性）性能。

參考案例-氣動聲學-DES 和 FW-H 實時：圓柱體噪聲（非穩(wěn)態(tài)分析）

· 氣動聲學：分析空調風道、出風口產生的 whistling（嘯叫）等異響。

參考案例-氣動聲學-Ffowcs Williams-Hawkings：聲音傳播

參考案例-氣動聲學-Lighthill 波與擾動對流波建模：簡化 HVAC 管道

6. 其他重要應用

· 除霜除霧 (Defrosting & Demisting)：模擬前擋風玻璃和側窗的除霜除霧過程，確保在法規(guī)規(guī)定的時間內清除視野盲區(qū)。

參考案例-多相流體-離散多相：翼型結冰

· 燃料電池汽車 (FCEV)：模擬燃料電池堆內部的化學反應、流動、傳質和傳熱過程，是燃料電池設計的核心工具。

參考案例-電化學-固體氧化物燃料電池

· 自動駕駛與傳感器清潔：模擬激光雷達、攝像頭等傳感器表面的污染情況，并設計高效的清潔噴嘴。

參考案例-多相流-拉格朗日：顆粒負載型流體

參考案例-運動-軌跡運動：在固定滑軌上對底盤進行浸漆

STAR-CCM+ 的核心優(yōu)勢為何備受汽車行業(yè)青睞？

1. 一體化多物理場平臺：它不是單一的CFD求解器，而是一個集幾何處理、網格生成、物理模型設置、求解計算、后處理分析于一體的完整環(huán)境。用戶無需在不同軟件間切換，大大提高了工作效率。

參考案例-幾何-3D-CAD：使用歐洲卡車進行去特征與修復

參考案例-幾何-3D-CAD 高級準備：修復排氣

2. 卓越的網格技術：其獨有的多面體網格技術，在保證精度的同時，能比傳統(tǒng)的四面體網格數量減少最多5-10倍，極大縮短計算時間。同時，其自動網格生成和加密功能非常智能和高效。

參考案例-網格-包面：進氣歧管

參考案例-網格-表面修復工具制動器組件

參考案例-網格-基于零部件的網格化外流空氣動力學

參考案例-網格-網格操作：導入的控制閥

參考案例-網格-網格化：多零部件熱交換器

參考案例-網格-定向網格：電機

參考案例-網格-局部包面：歐洲卡車

3. 強大的并行計算能力：能夠高效利用從工作站到上千個核心的高性能計算集群（HPC），處理數億網格的超大規(guī)模模型，滿足汽車行業(yè)復雜模型的需求。

4. 自動化與優(yōu)化：內置的Design Manager工具可以方便地與HEEDS等優(yōu)化軟件集成，實現參數化研究和自動化優(yōu)化，自動尋找最優(yōu)的設計方案。

5. 豐富的物理模型：除了常規(guī)的流體和熱分析，還包含燃燒、化學反應、多相流、固體應力、電磁場等高級模型，能夠應對汽車行業(yè)各種復雜的多物理場耦合問題。

總結

STAR-CCM+ 已經成為現代汽車研發(fā)數字化流程中不可或缺的一環(huán)。它幫助工程師在“數字世界”中深度洞察物理現象，從單一的空氣動力學分析擴展到涵蓋熱管理、聲學、動力系統(tǒng)等全方位的性能開發(fā)。隨著汽車行業(yè)向電動化、智能化轉型，對高效、安全、舒適的需求更高，STAR-CCM+ 這類高精度仿真軟件的作用將變得更加關鍵。

備注：部分文字內容由AI生成，參考案例為軟件自帶練習案例匯總。以下為案例相關動畫或圖片。