【技术简讯】Simerics-MP+电机及齿轮和轴承领域解决方案

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Simerics-MP+软件在面向当前汽车工业中普遍存在的电机油冷和齿轮箱搅油CFD仿真问题时，可以提供有针对性且极具优势的解决方案。电机油冷热仿真和齿轮箱搅油流体仿真主要涉及物理学上的两相流问题，共轭换热问题，以及高速旋转运动部件和小间隙空间内的热流体分析问题。Simerics-MP+软件就其本身具备的物理模型，模板化建模，及高效求解功能，对于这几类问题具有以下优势的功能特征：

1. Simerics-MP+具有高精度及高稳定性的VOF多相流分析模型，可对任意相的可压/不可压流体特性进行分析，并具有高分辨率的气液交界面捕捉方法，在高精度求解多相流问题的同时能够确保高效的计算速度。

2. 具备在统一模型下实现流固共轭传热模拟，采用基于数据传递的时间异步共轭换热模型，可对具有不同时间尺度的流体和固体换热问题，实现高效并稳定的求解，并得到可靠的热分析结果。

3. 软件通过基于二叉树的自适应笛卡尔网格技术快速且高分辨率地生成网格模型，并具有独特的针对电机和齿轮CFD模拟的动网格模板和定制化的流程及规范，帮助工程师高效地生成运动区域的结构化网格，大大降低了对电机和齿轮进行前处理和网格划分的难度和周期。

4. Simerics-MP+将最先进的数值技术与专有算法相结合，并基于最新的软件开发平台，建立了一套更快速，更稳健的数值模拟分析工具。同时软件支持无限核数并行，相对于同类产品具有更高的多核线性加速比，可更高效的利用企业所具备的硬件资源。

5. 软件可精确预测各类热流体问题的结果，在各类仿真问题中都能实现计算结果与试验数据的高度吻合。

具体针对电机油冷热仿真和齿轮箱搅油润滑仿真的技术场景，Simerics-MP+软件可为用户工程师提供以下各方面的应用优势：

1. 针对电机和齿轮箱内部的复杂结构，强大的前处理功能可帮助工程师快速完成流体域提取，空隙识别和填充，以及耦合面压印等复杂的几何前处理工作。

2. 利用Simerics-MP+的自动网格划分功能和各类网格模板，可高效建立电机和齿轮箱流体域的计算模型，且对于高速运动区域和内部微米级的间隙能进行高分辨率解析和建模；并且独有的结构化网格和大长宽比网格技术，可在建立同样问题的网格模型时，比同类软件节省大量的网格数量和前处理时间，从而提升整体仿真分析效率。

行星齿轮网格模板

电机网格模板

3. 基于软件强大的多相流VOF分析模型，可精确预测电机，齿轮箱和轴承内各处的油液分布，特别对于高转速下电机内部大量缝隙位置处和线圈绕组上的油量分布，以及齿轮啮合处和各类轴承内部的油膜情况，都能得到高精度的计算结果。并且相较同类软件，整个仿真过程的效率有实质性的提升。

齿轮箱油液分布

齿轮油液分布

变速器油液分布

电机油液分布

4. 利用Simerics-MP+具备的强大的时间异步共轭换热求解功能，针对电机转子流场区域和固体结构区域不同时间尺度的换热现象，只需模拟极短的物理时间，便可实现整个电机的热平衡，得到工程师所需要的换热系数，热通量，热效率等参数。并且计算得到的结果与大量试验数值对比后，精度完全满足产品设计和研发的需求。同时Simerics-MP+对电机油冷共轭换热问题的求解效率要远高于其它同类软件。

电机油液温度分布

电机固体温度分布

电机油冷实测温度与仿真状态

电机固体温度

电机固体温度分布及实测状态对比

5. 针对齿轮箱系统的被动润滑和主动润滑问题，软件利用VOF多相流模型可最真实地模拟出箱体内的气液相互作用，并全面考虑油液粘性对整个系统的影响，能够精确计算出滑油对齿轮系统产生的摩擦损失和搅油损失，同时还可基于此功率损失并利用共轭换热模型进一步求解出齿轮表面，轴承内部，以及油液中相关位置的温度分布。整体仿真分析的效率明显高于同类竞争软件。