Icepak培训教程.docx

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Icepak培训教程

1.1什么是Icepak?

........................................2

1.2程序结构................................................2

1.3软件功能...............................................3

练习1翅片散热器...........................................6

练习2辐射的块和板.........................................41

练习3瞬态分析.............................................56

练习4笔记本电脑...........................................75

练习5修改的笔记本电脑.....................................104

练习6由IGES导入的发热板模型..............................114

练习7非连续网格...........................................138

练习8Zoom-in建模..........................................149

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：

图1.2.1:

软件架构

∙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1.2.1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

o鼠标就能控制模型的位置，移动及改变大小

o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

o完全的超文本在线帮助（包括理论和练习册）

∙支持平台

oUNIX工作站

oWindowsNT4.0/2000/XP的PC机

1.3.2建模

∙基于对象的建模

ocabinets机柜

onetworks网络模型

oheatexchangers热交换器

owires线

oopenings开孔

ogrilles过滤网

osources热源

oprintedcircuitboards（PCBs）PCB板

oenclosures腔体

oplates板

owalls壁

oblocks块

ofans（withhubs）风扇

oblowers离心风机

oresistances阻尼

oheatsinks散热器

opackages封装

∙macros宏

oJEDECtestchambersJEDEC试验室

oprintedcircuitboard（PCB）

oducts管道

ocompactmodelsforheatsinks简化的散热器

∙2Dobjectshapes2D模型

orectangular矩形

ocircular圆形

oinclined斜板

opolygon多边形板

∙complex3Dobjectshapes3D模型

oprisms四面体

ocylinders圆柱

oellipsoids椭圆柱

oellipticalandconcentriccylinders椭圆柱

oprismsofpolygonalandvaryingcross-section多面体

oductsofarbitrarycross-section任意形状的管道

1.3.3网格

∙自动非结构化网格生成

o六面体，四面体，五面体及混合网格

∙网格控制

o粗网格生成

o细网格生成

o网格检查

o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

1.3.7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：

ocolor,gray-scale,ormonochromePostScript

oPPM

oTIFF

oGIF

oJPEG

oVRML

oMPEGmovies

oAVImovies

oFLImovies

oanimatedGIFmovies

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），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。

ProblemsetupBasicparameters

（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.

ModelCabinet

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）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）,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）.

ModelCheckmodel

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

EditSummary

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。

ModelGenerateMesh

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

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