CFD热流体分析软件Simerics-MP/MP+
更新时间：2025-05-27 发布人：海基科技
1. 公司及产品概述
Simerics公司是一家针对于流体机械及相关系统级虚拟仿真的CFD软件研发、市场推广以及技术支持的公司，专注于向各领域制造商提供能够帮助减少实际物理实验成本并增强对自身产品深度认识的工程化CFD仿真工具的技术研发。
Simerics公司的旗舰产品包括Simerics-MP和Simerics-MP+。
Simerics-MP作为一个通用的CFD仿真软件，集核心CFD仿真功能与丰富物理模型于一体，可对包括层流、湍流、空化、VOF、热对流/传导/辐射、多组分、非牛顿流、颗粒流与热固耦合、声学、优化等在内的多个物理过程进行准确高效的数值模拟。
Simerics-MP+作为Simerics-MP的更高级版本，不仅具备Simerics-MP的各项功能，同时还具备包括船舶、车辆、叶轮机械、容积泵、阀门以及系统仿真等在内的多个专业模板，可针对不同的领域分析特点准确高效的完成网格划分、模型设置计算以及后处理等工作。其具体模板如下：
Simerics-MP+ for Marine 船舶模板
Simerics-MP+ for Turbo 叶轮机械模板
Simerics-MP+ for PD 容积式机械模板
Simerics-MP+ for Valves 阀门模板
Simerics-MP+ for Piston Cooling 活塞冷却模板
Simerics-MP+ for Fuel Tank 油箱模板
Simerics-MP+ for Systems 系统级分析模板
Simerics-MP+ for GT Coupling GT Suite一三维耦合接口
Simerics-MP+ PID Controller PID控制器模板
2. 软件功能特点
2.1. 完备的流动传热求解功能
Simerics-MP求解器利用RANS有限体积方法求解包括可压流/不可压流、层流/湍流、亚音速/超音速、导热/对流传热/辐射、内流/外流、稳态/瞬态、空化/气蚀、多相流（VOF、颗粒流）、多孔介质、浮力驱动流（重力效应），旋转/平动等的各种流动问题，可求解从蠕动流至超声速流问题，同样也可求解非牛顿流体以及真实气体等可变属性的流体问题。
图 2‑1散热器的流动换热求解
2.2. 稳健而精确的全空化模型
Simerics-MP拥有工业界独一无二的空化（汽蚀）模型，该模型基于A shok.Singhal 和Jiang Yu等人提出的全空化模型，基于两相流的模型思想，用Rayleigh-plesset方程求解气泡变化的动态过程，引入了混合密度的概念，并综合考虑了液体的可压缩性以及蒸汽的蒸发和凝结过程。对于非凝结气，Simerics-MP也提供了不同的子模型供用户选择，如：
– 固定气体质量分数
– 可变气体质量分数等
– 平衡态气体溶解，挥发模型；
– 有限速率气体溶解，挥发模型；
– 全空化气体模型，结合有限速率溶解气体模型和可变气体质量分数
图 2‑2 汽蚀损害模拟区域与试验的对比
2.3. 高鲁棒性的VOF多相流模型
Simerics-MP VOF多相流分析模型利用高精度液面捕捉算法可求解具有明显自由液面的多相流流动与传热问题，其隐式和显式算法均具有求解快速和高鲁棒性特点。模型功能特点：
严格遵守质量守恒及不可压缩项的体积守恒
可考虑任意项的可压/不可压特性
高分辨率的交互面捕捉方法
表面张力
壁面接触角
适用于复杂设备的多相流模拟，如汽车涉水、齿轮箱油液润滑、油泵自吸、液环泵、油冷电机冷却、溃坝等的多相流仿真
图 2‑3 油冷电机流固共轭传热仿真
图 2‑4 液环泵模拟对比
2.4. 计算声学分析技术
SimericsMP的计算声学求解器，采用声类比方法，对流场结果进行后处理以实现声学预测，支持并行求解。软件支持的声学计算模型包含：
源模型
– 宽带源模型（Broadband Source Models）
– Lighthill应力模型（Lighthill Stress Model）
源与传播模型
– FW-H模型（Ffowcs Williams – Hawkings Model）
图 2‑5 风扇的气动噪声分析（声功率级）
图 2‑6 风扇的功率谱密度对比
2.5. 贝叶斯优化分析技术
SimericsMP内置贝叶斯优化求解器，贝叶斯优化（Bayesian Optimization） 是一种基于概率模型的全局优化方法，主要用于高效搜索黑箱函数（Black-Box Function）的最优解，尤其适用于目标函数计算代价高、导数不可用或未知的场景（如超参数调优、实验设计等）。SimericsMP的优化求解作为一个单独的模块内置与软件中，与SimericsMP的CFD求解器完全集成，设置简便快速，大大简化了用户进行优化求解的流程。在CAD接口方面，SimericsMP的优化求解器支持类型如下：
– 叶轮机械参数化设计工具CFturbo
– 其他参数化CAD通用接口
– SimericsMP内置的网格/几何工具
如下案例所示，利用50次DOE运行和110次优化运行，每个case运行时间约15分钟，最终获得优化结果如下：
图 2‑7 SimericsMP轴流泵优化应用
2.6. 高度自适应的网格建模功能
Simerics-MP高度自适应的二叉树笛卡尔网格技术可以便利的生成CFD求解器可以高效求解的高质量网格，采用专有的几何等角自适应二元树（geometry Conformal Adaptative Binary-tree）算法在由封闭表面构成的体域生成迪卡尔网格。在靠近几何边界，CAB自动调整网格来适应几何曲面和几何边界线。
图 2‑8 Simerics-MP通用笛卡尔网格技术
Simerics-MP内置通用的网格模板技术，可参数化生成棱柱体、六面体、圆柱体等的结构化网格。
图 2‑9 Simerics-MP通用模板网格技术
2.7. 高效的同步CFD分析功能
Simerics-MP可无缝集成在Creo、Catia等主流CAD环境中，所有设计-仿真-结果-改进设计过程都在CAD环境中完成。针对改进的产品设计，可一键式更新CFD模型，无需重复抽取流体域、网格划分等操作，效率极高。使工程师能够集中精力处理产品设计，探索众多设计选项的可行性。
图 2‑10嵌入至CREO里的Simerics-MP
2.8. Simerics-MP+运动机械网格模板技术
针对不同的运动机械模型，提供了一个模板化的网格生成器，通过一键式的操作专门生成运动机械转子部分的结构网格。
网格模板类型：
齿轮泵（外啮合齿轮泵、摆线内啮合、新月形内啮合齿轮泵）
叶片泵（定排量/变排量）
柱塞泵（斜盘式柱塞泵、斜轴式柱塞泵、径向式柱塞泵）
涡旋压缩机
滚动转子压缩机
螺杆泵/压缩机
图 2‑11 Simerics-MP+运动机械网格模板技术
2.9. Simerics-MP+ for Vehicle整车模板
可精确模拟车辆发动机外气动、前舱通风、整车热管理、车窗水管理、汽车涉水、挡风玻璃除霜除雾、白车身等等多方面的热流体问题。Simerics-MP+结合了领先的CFD架构与Simerics公司先进的算法和物理模型，可帮助客户快速建模并获得可靠的计算结果。
功能特点：
无需繁琐的几何清理，几何模型直接可用；
网格生成模板化，一键式网格生成，自动多区块网格加密；
模型设置模板化，包括多孔介质，风扇模型设置，边界条件的自动设置等；
超快的建模能力，可节约3/4的建模时间；
精确的计算结果，多个车型的试验验证。
整车结构的网格精确解析
图 2‑12 整车发动机前舱气动分析
2.10. Simerics-MP+ for Marine船舶模板
可对船体设计、摩阻/波阻、有效马力、推进速度/加速度、船体浮沉，以及船舶操纵/适航/推进系统等进行精确模拟并提供有效的性能预测，也可与专业的船型设计软件进行无缝集成，实现从船体设计到性能仿真的一键式操作。
功能特点：
网格生成模板化，一键式网格生成，自动多区块网格加密
模型设置模板化，包括对自由度模型（如俯仰、沉降、回转等）、非惯性坐标系以及动网格的设置等
超快的建模能力， 2mins内完成网格建模， 5mins内完成模型设置
稳健而先进的VOF物理模型，精确捕捉气液界面
精确的计算结果，多个船型数据的结果验证
图 2‑13模板自动多区块网格加密
图 2‑14 船舶旋回圈模拟
2.11. Simerics-MP+ for Turbo叶轮机械模板
可对包含离心/混流/轴流式泵/风机/压缩机/涡轮/水轮机/螺旋桨等在内的叶轮机械进行精确模拟并提供有效的性能预测。叶轮机械流体仿真的功能特点有：
高度自适应的网格生成能力
叶轮机械仿真模板指导计算模型设置，专业叶轮机械后处理功能
稳定而精确的全空化数值模型
高效的求解能力
图 2‑15 多级离心泵仿真
图 2‑16 液力缓速器模拟
2.12. Simerics-MP+ for PD容积式机械模板
可对包含齿轮泵（外啮合齿轮泵、摆线内啮合、新月形内啮合齿轮泵）、叶片泵（定排量/变排量）、柱塞泵（斜盘式柱塞泵、斜轴式柱塞泵、径向式柱塞泵）、滚柱泵、涡旋压缩机、滚动转子压缩机、螺杆泵/压缩机等在内的容积式机械及相关流体系统进行精确模拟，并提供有效的性能预测。容积式机械流体仿真的功能特点有：
模板式转子区域结构网格生成
模板式转子区域动网格变形设置
高效的求解能力
图 2‑17 微米级间隙的转子结构网格生成
图 2‑18 柱塞泵摩擦副流场模拟
图 2‑19 精确的压力脉动预测
2.13. Simerics-MP+ for Valve阀门模板
可对往复式（滑阀、球阀、释压阀、截止阀、闸阀等）和旋摆式（旋启式止回阀、旋摆阀等）运动形式的阀门、活塞及相关流体系统进行精确模拟，并提供有效的性能预测。支持阀门/活塞从关闭至开启整个运动过程的瞬态模拟，支持阀门全关模拟。阀门仿真的功能特点有：
模板式阀门运动区域网格划分
模板式阀门运动区域动网格设置
模板式阀门运动动力学设置
稳定而精确的全空化数值模型
高效的求解能力
图 2‑20 多阀门联合仿真分析
2.14. Simerics-MP+ for Piston Cooling活塞冷却模板
可对不同活塞喷油冷却结构设计进行VOF多相流仿真分析，通过时间异步的流固共轭传热技术快速完成活塞冷却的热平衡计算。活塞冷却模拟的功能特点有：
模板式活塞关键部位结构网格划分
模板式活塞运动网格设置
模板式时间异步共轭传热计算设置
稳定而精确的VOF多相流模型
高效的求解能力
图 2‑21 活塞喷油冷却模拟
2.15. Simerics-MP+ for Fuel Tank油箱模板
对包含阀门和浮子的油箱加注和晃荡过程进行VOF多相流仿真分析，并提供有效的性能预测。油箱仿真的功能特点有：
模板式油箱的网格划分，包含阀门和浮子结构
模板式阀门和浮子结构的动网格设置
模板式阀门和浮子运动的动力学模型设置
稳定而精确的VOF多相流分析模型
高效的求解能力
图 2‑22 带浮子结构的油箱晃荡模拟
图 2‑23 带阀门结构的油箱加注过程仿真分析
2.16. Simerics-MP+ for General Gear通用齿轮模板
对包含多个齿轮的机械设备进行流场仿真分析，并提供有效的性能预测，如行星齿轮、斜齿轮、外啮合齿轮（两个或三个齿轮啮合）、新月形内啮合齿轮、螺杆压缩机/泵、齿轮箱等的仿真分析。通用齿轮仿真的功能特点有：
模板式齿轮区域的结构网格划分，齿轮边界层网格建模，不限齿轮数，支持斜齿和直齿
模板式齿轮区域的动网格设置
真实啮合间隙的模拟
稳健而精确的VOF多相流分析模型
高效的求解能力
图 2‑24 外啮合齿轮泵仿真
图 2‑25 行星齿轮仿真
2.17. Simerics-MP+ for system流体系统仿真
结合了Simerics-MP+基本包、叶轮机械模板、容积式机械模板、阀门模板、并行求解的所有功能，可对复杂的流体系统进行建模与仿真分析，提供有效的性能预测。
图 2‑26 冷却系统加注与排气过程仿真
图 2‑27 润滑系统仿真
2.18. Simerics-MP+一三维耦合接口
可实现与GT-Suite的联合仿真功能，通过对数据交互的边界面和参数进行定义，实现与GT-Suite的一三维联合仿真。
图 2‑28 Simerics-MP+一三维联合仿真
2.19. Simerics-MP+ PID控制器功能
软件的控制器模块可对PID控制器的行为进行建模，优化控制器参数，帮助用户调整输入以获得所需输出。
图 2‑29 基于PID控制器的流量计算
2.20. Simerics-MP+高效的求解器
Simerics-MP/MP+求解器是在传统的CFD求解器基础上进行开发和改进，将其最新的数值技术与Simerics-MP专有算法相结合，建立了一个比其它竞争对手更快速、更稳健的数值模拟工具。
Simerics-MP/MP+具备8/32/128/256及以上无限核的并行版本，并行效率随并行核数的线性化趋势良好，最大限度的使用了计算资源。强大的并行计算功能可协助用户快速进行复杂模型乃至系统级模型的CFD分析工作。
2.21. 可靠的计算结果
Simerics-MP计算结果的可靠性已经得到众多工程实例的验证。
1）经典物理实验验证
Simerics-MP卡门涡街模拟验证
Simerics-MP漩涡蛙跳模拟验证
Simerics-MP自然对流模拟验证
滑片泵性能预测验证
