意大利拥有迷人的艺术、令人难以置信的历史、天堂般的美食、令人惊叹的风景和非凡的时尚，它的生活慵懒而又充满色彩。意大利代表了‘LaDolceVita’——一种无忧无虑的享乐和奢侈的“甜蜜生活”

今天讲的故事是两个意大利事物的惊人结合，这两个东西最能代表漫不经心的快乐和奢侈——超级跑车和冰淇淋。这是一个关于一家小型意大利公司如何帮助一家冰淇淋制造商生产更好的冰淇淋的故事，该公司以其在超级汽车内燃机（IC）方面的专业知识而闻名。

日落时的广场和大教堂，意大利，摩德纳

意大利，MadeinModena摩德纳制造

我们的故事从“‘CityofEngines”摩德纳开始。这个迷人的意大利小镇也是非官方的“世界超级跑车之都”。法拉利、兰博基尼、玛莎拉蒂、帕加尼和布加迪都以摩德纳为家。

正是这里，GiuseppeCalise，毕业于附近的摩德纳和勒佐艾米利亚大学，于与他的教授StefanoFontanesi博士成立了RDCFD。该大学内燃机（ICE）研究小组证实，它们的发动机性能良好。真的很好！

以CFD的名字命名是对他们在计算流体动力学（CFD）模拟方面专业知识的认可。RDCFD与摩德纳附近的大多数超级跑车制造商合作，帮助他们利用CFD模拟来数字化制造更好的IC发动机。

内燃机的操作很复杂，空气和燃料进行燃烧，华氏度（摄氏度）的温度，运动的活塞，数百种化学物质以及数千种反应，其中一些反应发生在十亿分之一秒内。这一切都发生在一个黑色的小圆柱里，在一辆快速的超级跑车里。你如何分析这种复杂的现象？你如何找到最好的发动机设计？

有了CFD，像RDCFD这样的公司就可以构建一个数字引擎。引擎内外的每一个过程都经过数字化建模、分析和可视化。再加上设计优化，你可以在构建任何东西之前对数百个场景和设计进行数字化评估。

年，他们的CFD模拟和工程专业知识吸引了一个不太可能的客户：一家领先的意大利冰淇淋制造商。

SimcenterSTAR-CCM+模拟显示发动机部件的温度分布，由RDCFD提供

五颜六色的冰淇淋

全球冰淇淋市场上的各种冰淇淋价值亿美元，并且每年都在增长。近80%的冰淇淋是机器制作的，可以装在盒子里带回家，也可以立即食用。这是一个巨大的市场。

与RDCFD合作的制造商以其五颜六色的冰淇淋而闻名。请原谅使用这个花哨的词！五颜六色的冰淇淋只不过是加入了不同酱汁的冰淇淋——巧克力、草莓、焦糖、水果、花生酱等等（现在我有点饿了）。

上图一：好的彩色冰淇淋。

上图二：糟糕的彩色冰淇淋。说真的，哪一个更吸引人呢？

追逐好看的冰淇淋

冰淇淋曾经是国王们的甜点。但由于资本主义和大规模生产，普通人可以享受这生活中最美味的食物之一。我们的冰淇淋制造商就是这样一个大批量生产商。盒装冰淇淋是他们的拿手好戏。凭借多年的大规模生产经验，他们的冰淇淋口味是世界级的——奶油般的、味道丰富而浓郁。好的冰淇淋需要好看，没有人喜欢单调、粗糙、艳俗的冰淇淋。吃冰激凌是一种情绪化的、令人回忆的体验。在一个竞争激烈的市场中，你的冰淇淋的外观和手感的优劣在市场中的反应会产生很大的不同。制造商对美观的彩色冰淇淋的要求很多：柔软、光滑、丝滑、有弹性、颜色自然，改善外观将直接影响销售量和客户满意度。

“客户希望我们帮助他们预测他们的加色冰淇淋在生产过程结束时的外观。购买这种冰淇淋的人是在寻找某种手工制作的感觉。但如何让机器中生产的冰淇淋看起来是手工制作的？”Giuseppe提到。

更简单的设计，更好的涡旋

秘密在于加色器，这台机器通过不同的管道混合冰淇淋和酱汁。他们现在的加色器是静态的，没有运动部件，但设计很复杂。冰淇淋和酱汁与螺丝、挡板和墙壁接触，很难控制酱汁的模式或混合。并且它暴露在空气中，这是在制作好冰淇淋中被严格禁止的。加色器的零件数量多，意味着很难彻底清洁加色器。

冰淇淋制造商找到了一种更简单的设计，只有两个同心圆筒，一个装冰淇淋，一个装酱汁，两个之间用喷嘴连接。它们直接在加色器中混合：无螺丝，没有挡板，不会与其他结构接触。简单直接的混合，使得加色器易于清洁，能更好地控制混合，并在冰淇淋中加入更漂亮的酱汁。理论上，新设计是完美的。

用CFD模拟来改进加色器

现在，他们需要用CFD模拟来改进和优化加色器，并且想预测新型加色器生产的冰淇淋在生产以后包装之前是什么样子的。

这时，RDCFD的模拟和设计优化经验就派上了用场。他们有CFD多物理软件SimcenterSTAR-CCM+和一设计优化软件SimcenterHEEDS，这两个工具都来自西门子Simcenter的产品平台。多年来，他们在超级跑车发动机上使用SimcenterSTAR-CCM+来了解发动机的流动和传热现象。SimcenterHEEDS帮助他们分析了数百种设计和工况下的发动机性能。

用于设计超级跑车发动机的模拟技术现在被应用于冰淇淋制造模拟。Giuseppe补充道：“我们决定使用我们的引擎模拟工具来改进加色器设计。通过数字模拟，我们可以减少原型的制作，节省设计时间和成本，它还可以帮助我们分析数百种设计”

个设计方案，一个完美的酱汁涡旋

“模拟冰淇淋和酱汁并不像模拟空气和水那么简单”，RDCFD的CFD工程师AlfonsinaEsposito说，“它们是软软的、黏乎乎的、有弹性的流体，了解流变学及其传热现象需要一些时间”

用CFD模拟这一类粘弹性流体具有挑战性。借助SimcenterSTAR-CCM+，他们可以模拟这种具有挑战性的物理现象，需要用到VOF多相流和流变学模型，能够准确地模拟冰淇淋、酱汁以及两者之间的分界面。

Alfonsina补充道：“以前我们使用其他的CFD模拟软件，但分析这个过程要困难得多。我们喜欢SimcenterSTAR-CCM+，它能够模拟各种物理现象，从发动机到冰淇淋，你都可以进行模拟。”。

使用SimcenterSTAR-CCM+内嵌的DesignManager，Alfonsina模拟了种不同的设计方案，改变了喷嘴的几何结构和注入酱汁的操作方法，软件会自动找到产生最佳酱汁图案和涡旋的设计。

想象一下，必须构建并测试个不同的加色器！

上图一：展示不同喷嘴设计的效果，以找到能提供最佳酱汁图案和涡旋的设计

上图二：基准设计显示四个喷嘴的加色不规则，酱汁图案较差；优化进料室设计以后，所有喷嘴的漩涡图案相似，加色更好。

80种设计，最优的加色

对于大规模生产来说，加色器需要多个喷嘴以加快工作。所有这些喷嘴都需要从进料室得到同量的酱汁，这样，每个盒子里的冰淇淋在外观和质地上都是一样的，确保了顾客的满意度。

Alfonsina使用Simcenter自动分析酱汁加料室的不同几何形状以及由此产生的酱汁分布，通过对80种设计方案进行分析，找到了最佳的进料室设计方案。现在所有的喷嘴都从进料室接收相同量的酱汁，实现了完美冰淇淋的大量生产！

Giuseppe说：“使用SimcenterHEEDS或DesignManager进行仿真自动化和优化的速度太快了！”

你现在可以看到，与最初设计中的不规则图案相比，优化设计如何为每个喷嘴的酱汁提供相同、美丽的涡旋。

从发动机到冰淇淋

RDCFD改进的加色器设计现已在客户的所有工厂使用，正如模拟预测的那样，加色器的表现是一流的！

RDCFD研发团队独特的经历——吃他们帮助设计的产品。“我尝过他们的冰激凌，我为我们的工作感到自豪，看起来很美味，吃起来也非常美味！”Alfonsina微笑着说。

朱塞佩补充道：“我们一直在为内燃机的事业奋斗（ICE），从未想过会致力于制作更好的冰淇淋。有了Simcenter，我们的事业从内燃机变成了冰淇淋”。

CFD模拟酱汁的美丽涡旋图案在新的加色器中得到复现

附言：那是在阿姆斯特丹一个寒冷的冬天，我采访了Giuseppe和Alfonsina整整30分钟，还有我们的西西里摄影师，我感觉自己幸福得像一个意大利人。

在这个故事中，我可能花了太多时间看冰淇淋的图片和视频，附近的冰淇淋店现在都知道我的名字了。

我知道你想尝尝这种冰淇淋，不幸的是，我们不能说出制造商的名字，但这足以让你尝试所有意大利冰淇淋品牌。