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Icepak培训教程
ICEPAK中文培训教程
什么是Icepak?
...................................2
程序结构.........................................2
软件功能.........................................3
练习一翅片散热器..........................8
练习二辐射的块和板.......................43
练习三瞬态分析
练习四笔记本电脑
练习五改进的笔记本电脑
练习六IGES模型的输入
练习七非连续网格
练习八Zoom-in建模
1.1什么是Icepak?
Icepak是强大的CAE仿真软件工具，它能够对电子产品的传热，流动进行模拟，从而提高产品的质量，大量缩短产品的上市时间。
Icepak能够计算部件级，板级和系统级的问题。
它能够帮助工程师完成用试验不可能实现的情况，能够监控到无法测量的位置的数据。
Icepak采用的是FLUENT计算流体动力学（CFD）求解引擎。
该求解器能够完成灵活的网格划分，能够利用非结构化网格求解复杂几何问题。
多点离散求解算法能够加速求解时间。
Icepak提供了其它商用热分析软件不具备的特点，这些特点包括：
非矩形设备的精确模拟
接触热阻模拟
各向异性导热率
非线性风扇曲线
集中参数散热器
外部热交换器
辐射角系数的自动计算
1.2程序结构
Icepak软件包包含如下内容:
Icepak,建模，网格和后处理工具
FLUENT,求解器
Icepak本身拥有强大的建模功能。
你也可以从其它CAD和CAE软件包输入模型.Icepak然后为你的模型做网格,网格通过后就是进行CFD求解。
计算结果可以在Icepak中显示,如图所示.
1.3软件功能
所有的功能均在Icepak界面下完成。
1.3.1总述
鼠标控制的用户界面
鼠标就能控制模型的位置，移动及改变大小
误差检查
灵活的量纲定义
几何输入IGES,STEP,IDF,和DXF格式
库功能
在线帮助和文档
完全的超文本在线帮助（包括理论和练习册）
支持平台
UNIX工作站
Windows/2000/XP的PC机
图1.2.1:
软件架构
1.3.2建模
基于对象的建模
cabinets机柜
networks网络模型
heatexchangers热交换器
wires线
openings开孔
grilles过滤网
sources热源
printedcircuitboards（PCBs）PCB板
enclosures腔体
plates板
walls壁
blocks块
fans（withhubs）风扇
blowers离心风机
resistances阻尼
heatsinks散热器
packages封装
macros宏
JEDECtestchambersJEDEC试验室
printedcircuitboard（PCB）
ducts管道
compactmodelsforheatsinks简化的散热器
2Dobjectshapes2D模型
rectangular矩形
circular圆形
inclined斜板
polygon多边形板
complex3Dobjectshapes3D模型
prisms四面体
cylinders圆柱
ellipsoids椭圆柱
ellipticalandconcentriccylinders椭圆柱
prismsofpolygonalandvaryingcross-section多面体
ductsofarbitrarycross-section任意形状的管道
1.3.3网格
自动非结构化网格生成
六面体，四面体，五面体及混合网格
网格控制
粗网格生成
细网格生成
网格检查
非连续网格
1.3.4材料
综合的材料物性数据库
各向异性材料
属性随温度变化的材料
1.3.5物理模型
层流/湍流模型
稳态/瞬态分析
强迫对流/自然对流/混合对流
传导
流固耦合
辐射
体积阻力
混合长度方程（0-方程）,双方程（标准
-
方程）,RNG
-
增强双方程（标准
-
带有增强壁面处理）,或Spalart-Allmaras湍流模型
接触阻尼
体积阻力模型
非线性风扇曲线
集中参数的fans,resistances,andgrilles
1.3.6边界条件
壁和表面边界条件：
热流密度,温度,传热系数,辐射,和对称边界条件
开孔和过滤网
风扇
热交换器
时间相关和温度相关的热源
随时间变化的环境温度
求解引擎
对于求解器FLUENT,是采用的有限体积算法。
有如下特点：
多点离散算法来缩短求解时间
选择一阶迎风格式或高阶格式来提高精度
1.3.8可视化后处理
3D建模和后处理
可视化速度向量，云图，粒子，网格，切面和等值面
点示踪和XY图表
速度，温度，压力，热流密度，传热系数，热流，湍流参数等云图
速度，温度，压力最大值
粒子动画
瞬态动画
切面动画
输出为AVI,MPEG,FLI,及GIF动画格式
1.3.9报告
写出用户定义的ASCII文件（如热流密度，质量流量，传热系数等）
任何点的时间历程
求解过程中点的监控
报告风扇工作点
直接输出到打印机，格式如下：
color,gray-scale,ormonochromePostScript
PPM
TIFF
GIF
JPEG
VRML
MPEGmovies
AVImovies
FLImovies
animatedGIFmovies
1.3.10应用
Icepak有着广泛的工程应用，如：
计算机机箱
通信设备
芯片，封装和PCB板
系统模拟
散热器
数字风洞
热管模拟
练习1翅片散热器
介绍
本练习显示了如何用Icepak做一个翅片散热器。
通过这个练习你可以了解到：
打开一个新的project建立blocks,openings,fans,sources,plates,walls
包括gravity的效应,湍流模拟，改变缺省材料，定义网格参数
求解
显示计算结果云图，向量和切面
问题描述
机柜包含5个高功率的设备（密封在一个腔体内），一块背板plate，10个翅片fins，三个fans,和一个自由开孔，如图1.1所示。
Fins和plate用extrudedaluminum.每个fan质量流量为0.01kg/s，每个source为33W.根据设计目标，当环境温度为20C时设备的基座不能超过65C。
图1.1:
问题描述
步骤1:
创建一个新的项目
1.启动Icepak,出现下面窗口。
2.点击New打开一个新的Icepakproject.
就会出现下面的窗口：
3.给定一个项目的名称并点击Create.
（a）本项目取名为fin,
（b）点击Create.
Icepak就会生成一个缺省的机柜，尺寸为1m⨯1m⨯1m。
你可以用鼠标左键旋转机柜，或用中键平移，右键放大/缩小。
还可以用Homeposition回来原始状态。
4.修改problem定义，包括重力选项。
Problemsetup
Basicparameters
（a）打开Gravityvector选项，保持缺省值。
（b）保持其它缺省设置。
（c）点击Accept保存设置。
步骤2:
建立模型
建模之前，你首先要改变机柜的大小。
然后建立一块背板和开孔，接下来就是建立风扇，翅片和发热设备。
1.改变机柜大小，在Cabinet窗口下.
Model
Cabinet
另外：
你也可以打开Cabinet面板，通过点击Edit窗口.
（a）在Cabinet面板下,点击Geometry.
（b）在Location下,输入下面的坐标:
xS
xE
yS
0
yE
zS
0
zE
（c）点击Done.
（d）点击Scaletofit来看整个绘图窗口。
另外:
你也可以点击
button.
2.建立背板
该plate是0.006 m厚并将Cabinet分成两个区域:
设备一面（high-powerdevices在这一面的腔体内）和翅片一面（fins的那一面）.背板在这里是用block来描述.
（a）
点击
button生成一个block.
Icepak将生成一个新的block并放在cabinet的中央.你需要改变block的大小。
（b）点击
button来打开Blocks面板.
（c）点击Geometry.
（d）输入下面坐标：
xS
0
xE
yS
0
yE
zS
0
zE
（e）点击Done.
3.建立自由开孔
（a）点击
button生成一个opening.
Icepak将创建一个矩形的自由开孔并在
-
平面.你只需要改变opening的大小即可.
（b）点击
button打开Openings面板.
（c）点击Geometry.
（d）输入如下坐标：
xS
xE
yS
0
yE
zS
zE
--
（e）点击Done.
4.建立第一个风扇：
每一个风扇在位置上是相关的，你只需要建立一个，并copy出其它两个即可。
位置是在Y方向有一个给定的offset。
（a）点击
button来创建一个新的fan.
Icepak将生成一个在X-Y平面上的圆形风扇.你需要改变其大小并指定其质量流量.
（b）点击
button来打开Fans面板.
（c）点击Geometry.
（d）输入如下坐标：
xC
yC
zC
0
（e）输入外径为0.03（Radius）,内径0.01（IntRadius）.
（f）点击Properties.
（g）保持风扇类型为intake.
（h）在Fanflow下,选择Fixed及Mass.输入质量流量为0.01 kg/s.
（i）点击Done.
5.拷贝第一个风扇（fan.1）来创建第二个和第三个风扇（fan.1.1andfan.1.2）.
（a）在Modelmanager窗口下,选择fan.1.
（b）点击
button.
Copy窗口打开。
.
（c）输入2作为需要拷贝的数目Numberofcopies.
（d）打开Translate选项并输入Yoffset为0.0775.
（e）点击Apply.
Icepak将创建两个同样的风扇，其间距为Y方向0.0775 m.
6.创建第一个high-powerdevice.
就象风扇一样，每个device也是位置上相关的,要生成5个devices,你需要先建立一个，并在Y方向拷贝即可。
（a）点击
button生成一个热源.
Icepak将在cabinet中心生成一个矩形的source.你需要改变其几何尺寸并给定功耗.
（b）点击
button打开Sources面板.
（c）点击Geometry.
（d）保持缺省设置为矩形
（e）在Plane下拉菜单,选择Y-Z.
（f）输入如下坐标
xS
0
xE
--
yS
yE
zS
zE
（g）点击Properties.
（h）在Heatsourceparameters下,设置Totalheat为33 W.
（i）点击Done.
7.拷贝第一个device（source.1）来生成其它四个（source.1.1,source.1.2,source.1.3,andsource.1.4）.
（a）在Modelmanager窗口下,选定source.1.
（b）点击
button.
（c）和前面复制风扇同样的步骤，在Y方向输入offset0.045 m.
8.建立第一个fin
如风扇和设备一个，每一个翅片也是在位置上相关的，要建立这10个翅片，你需要先建立一个并在Y方向拷贝出其它9个。
（a）点击
button生成一个plate.
Icepak将生成一个X-Y平面的矩形plate.你需要改变它的方向，大小和物性参数。
（b）点击
button打开Plates面板.
（c）点击Geometry.
（d）在在Plane下拉菜单,选择X-Z
（e）输入如下坐标：
xS
xE
yS
yE
--
zS
zE
（f）点击Properties.
（g）在Thermalmodel下,选择Conductingthick.
（h）设置Thickness为0.0025 m.
（i）保持default设置为Solidmaterial.
由于缺省材料为铝挤型材，你不需要改变它的材料.
（j）点击Done.
9.拷贝第一个fin（plate.1）来生成其它9个fins（plate.1.1,plate.1.2,
plate.1.9）.
（a）在Modelmanager窗口下,选择plate.1.
（b）点击
button.
（c）参照上述拷贝风扇的步骤，给Yoffset输入0.025 m来生成9个fins.
10.建立设备的腔体
该腔体是由5个矩形的walls组成。
（a）点击
button来生成wall.
Icepak将在X-Y平面生成矩形wall.需要改变它的位置，大小及物性参数.
（b）点击
button来打开Walls面板.
（c）点击Geometry.
（d）输入如下坐标：
xS
0
xE
yS
0
yE
zS
0
zE
--
（e）点击Properties.
（f）在Thermaldata下,选择Externalconditions并点击Editbutton.
这时Wallexternalthermalconditions面板将打开.
i.打开Heattranscoeff选项,指定heattransfercoeff为15 W/K-m
.
ii.点击Done.
（g）点击Update.
（h）在Walls面板下点击New，并生成第二个wall（wall.2）:
Plane:
X-Y
Start/end:
xS
0
xE
yS
0
yE
zS
zE
--
Thermaldata:
Externalconditions,Heattranscoeff=15
记住每做完一次修改要点击Update。
（i）重复上述步骤建立wall.3,wall.4,andwall.5,用下面的参数:
wall.3:
Plane:
X-Z
Start/end:
xS
0
xE
yS
0
yE
--
zS
0
zE
Thermaldata:
Externalconditions,Heattranscoeff=15
wall.4:
Plane:
X-Z
Start/end:
xS
0
xE
yS
yE
--
zS
0
zE
Thermaldata:
Externalconditions,Heattranscoeff=15
wall.5:
Plane:
Y-Z
Start/end:
xS
xE
--
yS
0
yE
zS
0
zE
Thermaldata:
Externalconditions,Heattranscoeff=15
（j）定义完5块wall之后，点击Done.
如图 ,如示。
Isometricview（也可点击
button来看该示图）.
图1.2:
翅片散热器的完整模型
11.检查模型确认没有问题（如,物体间距太近会影响网格网格）.
Model
Checkmodel
你也可以点击
button来检查模型。
如果所有的偏差都满足要求,Icepak会在Message窗口下给出0problems。
12.检查物体定义
Edit
Summary
Icepak将列出所有物体的参数.你可以检查并点击Done来确认.如果你发现问题你也可以在这里改变。
步骤3:
网格生成
你将通过2步来生成网格。
首先你会生成粗网格coarsemesh并检查网格来确认什么地方的网格需要加密.然后加密网格并再次显示网格。
Model
GenerateMesh
另外:
你可以点击
button,打开Meshcontrol面板.
1.生成粗网格（最小数目的网格）
（a）在Meshcontrol面板里,选择Coarse.Icepak就会将网格设置改变为粗网格的设置，在上面的面板里有显示。
（b）设置MaxXsizeto0.01,theMaxYsizeto0.01,andtheMaxZsizeto0.02.
（c）点击Generatemesh按钮来生成粗网格.
Icepak将会报告模型中物体间最小间距小于最小物体尺寸的10%.你可以中止网格划分，忽略提示或改变值。
（d）点击Changevalueandmesh继续生成网格。
2.检查网格
（a）点击Display.
（b）打开Cutplane选项.
（c）在Setposition选项中,选择Pointandnormal.
（d）设置（PX,PY,PZ）为（0.025,0,0）及（NX,NY,NZ）为（1,0,0）.
该设置会使网格在Y-Z平面通过点（0.025,0,0）来显示网格.
（e）打开Displaymesh选项.
网格显示垂直翅片，与devices方向一致,如图 所示.
图1.3:
Y-Z平面的粗网格
（f）用滑动钮来改变切面的位置。
可以发现翅片中的网格太大，不足以解决该问题。
下一步即是要细化网格。
3.生成细网格
（a）点击Generate.
（b）在Globalsettings下,Meshparameters选项中选择Normal
Icepak将自动更新网格划分的设置。
（c）打开Objectparams选项并点击Edit.
Icepak将打开Per-objectmeshingparameters面板,这里你可以改变每个物体的网格设置。
.
（d）设定所有plates的网格
i.在Per-objectmeshingparameters面板,点击plate.1,按住key,并点击plate.1.9来选择所有的plates.
Icepak将显示所有plate的网格信息。
ii.打开Useper-objectparameters选项.
iii.打开Lowendheight及Highendheight,将Requested一栏都设定为0.004.
该设定使得所有plate外围的每一层网格的高度为0.004 m。
（e）设定所有sources的网格
i.如上选择所有plates一样，选择所有sources.
ii.打开Useper-objectparameters选项.
iii.打开Ycount及Zcount,将Requested一栏分别设定为3和4。
该设定确定了source在每一个方向的网格数
（f）在Per-objectmeshingparameters面板下,点击Done来保存设置。
（g）点击Generatemeshbutton来生成细网格。
4.检查新网格
绘图区域将自动显示新网格，如图所示。
点击Display并应用滑动钮来显示细网格。
图1.4:
-
平面的细网格
5.关闭网格显示。
（a）点击Display.
（b）关闭Displaymesh选项.
（c）点击Close来关闭Meshcontrol面板.
步骤4:
检查气流
在求解之前，你应该首先估算Reynolds和Peclet数来确定是采用哪种流动方程。
1.检查Reynolds和Peclet数.
Solutionsettings
Basicsettings
（a）点击Reset按钮.
（b）检查Message窗口里的信息.
得到的Reynolds和Peclet数分别是13,000和9,000,所以应该是turbulent.Icepak将建议选择turbulent.
（c）点击Accept.
2.激活turbulencemodeling（湍流模型）.
Problemsetup
Basicparameters
（a）在Basicparameters面板里,在Flowregime一栏选择Turbulent.
（b）保持缺省Zeroequationturbulencemodel.
（c）点击Accept保存设置.
3.返回B
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