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Icepak实例详解中文

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

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1m1m1m。

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:

-0.025

0.075

0.25

0.356

（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：

0.006

0.25

0.356

（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：

0.006

0.075

0.25

0.356

（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：

0.04

0.0475

（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

0.0315

0.0385

0.1805

0.2005

（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：

0.006

0.075

0.0125

0.05

0.331

（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：

-0.025

0.25

（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:

-0.025

0.25

0.356

∙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:

oPlane:

X-Z

oStart/end:

-0.025

0.356

oThermaldata:

Externalconditions,Heattranscoeff=15

∙wall.4:

oPlane:

X-Z

oStart/end:

-0.025

0.25

0.356

oThermaldata:

Externalconditions,Heattranscoeff=15

∙wall.5:

oPlane:

Y-Z

oStart/end:

-0.025

0.25

0.356

oThermaldata:

Externalconditions,Heattranscoeff=15

（j）定义完5块wall之后，点击Done.

如图 1.2,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 1.3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1.4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Basicsettings面板并点击Reset及Accept.

步骤5:

保存文件

Icepak将在你求解之前自动保存模型,但是建议你自己也保存一次.如果你在求解前退出Icepak,你可以在下一次再打开你的项目再求解。

（如果你求解了,Icepak将简单地覆盖你保存的模型。

）

File

Saveproject

步骤6:

求解计算

1.开始求解

Solve

Runsolution

注意点击

button.

2.保持缺省设置不变。

3.点击Startsolution来启动求解器.

Icepak将开始求解，一个新的窗口将会出现。

它显示了计算的残差。

Icepak也会打开Monitor窗口，来显示收敛过程。

求解完成后，你的残差曲线会象图 1.5所示.Continuity残差没有完全收敛，但是因为它已非常接近

而且其它都低于该值，你可以认为收敛了。

注意到在不同的计算机该曲线会略有不同,所以你的曲线不会同图 1.5完全一样.

图1.5:

残差曲线

4.点击Done来关闭Monitor窗口.

步骤7:

检查结果

本练习的目标是确定和散热器气流，传热相关的（fans,fins）是不是足够保证设备的最高温度不高于65C.你可以通过检查结果来完成这一目标。

1.显示速度向量切面

Post

Planecut

另外:

你也可以通过点击

button来打开Planecut面板.

（a）在Name栏,输入切面的名称.

（b）在Setposition栏,选择Pointandnormal.

（c）设定（PX,PY,PZ）为（0.04,0,0）,及（NX,NY,NZ）为（1,0,0）.

该定义是在Y-Z平面做了一个通过点（0.04,0,0）的切面.

（d）打开Showvectors选项.

（e）点击Create.

（f）在Orient菜单下,选择OrientpositiveX.

这样得到的示图如图1.6所示.你可以看出是大的气流速度出现在风扇叶片的位置.最低速度出现在翅片与壁面之间.

另外:

你也可以通过点击

button选择方向.

图1.6:

Y-Z切面的速度矢量

（g）在Planecut面板里,点击Active选择来关闭显示.

这将暂时地关闭显示,这样你可以很方便地做另一个后处理显示.

2.显示温度云图

（a）在Planecut面板下，点击New.

（b）在Name栏输入,名称.

（c）用刚才同样的切面位置

（d）打开Showcontours选项并点击Parameters.

这样Planecutcontours面板将被打开。

（e）保持缺省设置Temperature选项

（f）对于Shadingoptions,保持Banded选项.

（g）对于Colorlevels,选择Calculated及Thisobject选项.

Icepak将给出该切面的云图温度范围。

（h）点击Done.

图上将显示温度云图。

如图1.7所示.

图1.7:

Y-Z切面的温度云图

（i）在Planecut面板里,点击Active选项关闭显示.

3.显示速度向量及压力云图

（a）在Planecut面板下点击New.

（b）在Name栏,输入名称.

（c）取与上面同样的平面位置。

（d）打开Showvectors.

（e）显示压力云图

i.打开Showcontours选项并点击Parameters.

Planecutcontours面板打开.

ii.在Planecutcontours面板下,在Contours一栏选择Pressure.

提示:

点击三角键打开Contours的下拉菜单.

iii.对于Shadingoptions,保持缺省Banded.

iv.对于Colorlevels,选择Calculated及Thisobject.

v.点击Done.

该示图将显示出压力云图及速度向量图。

图 1.8显示出高压力区在风扇的下游，局部最大值出现在翅片上游的顶部.

图1.8:

压力云图和速度矢量图

（f）在Planecut面板下,点击Active来关闭显示.

4.用温度的颜色来显示腔体区域的速度向量

（a）在Planecut面板下点击New.

（b）给出名称Name.

（c）在Setposition下选择Pointandnormal.

（d）给出（PX,PY,PZ）为（-0.01,0,0）,及（NX,NY,NZ）为（1,0,

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