Icepak案例.docx
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Icepak案例
ICEPAK案例翅片散热器
介绍
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:
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:
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 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(Radius),内径(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 kg/s.
(i)点击Done.
5.拷贝第一个风扇(来创建第二个和第三个风扇(and
(a)在Modelmanager窗口下,选择.
(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.
(e)点击Apply.
Icepak将创建两个同样的风扇,其间距为Y方向 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(来生成其它四个(and
(a)在Modelmanager窗口下,选定.
(b)点击
button.
(c)和前面复制风扇同样的步骤,在Y方向输入offset 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 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(来生成其它9个fins(
(a)在Modelmanager窗口下,选择.
(b)点击
button.
(c)参照上述拷贝风扇的步骤,给Yoffset输入 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(:
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,,and,用下面的参数:
:
oPlane:
X-Z
oStart/end:
xS
0
xE
yS
0
yE
--
zS
0
zE
oThermaldata:
Externalconditions,Heattranscoeff=15
:
oPlane:
X-Z
oStart/end:
xS
0
xE
yS
yE
--
zS
0
zE
oThermaldata:
Externalconditions,Heattranscoeff=15
:
oPlane:
Y-Z
oStart/end:
xS
xE
--
yS
0
yE
zS
0
zE
oThermaldata:
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:
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MaxXsizeto,theMaxYsizeto,andtheMaxZsizeto.
(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(,0,0)及(NX,NY,NZ)为(1,0,0).
该设置会使网格在Y-Z平面通过点,0,0)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:
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,按住key,并点击来选择所有的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.
该设定使得所有plate外围的每一层网格的高度为 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:
-
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 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 完全一样.
图:
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(,0,0),及(NX,NY,NZ)为(1,0,0).
该定义是在Y-Z平面做了一个通过点,0,0)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:
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。
如图所示.
图:
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 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:
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(,0,0),及(NX,NY,NZ)为(1,0,0).
(e)打开Showvectors选项并点击Parameters.
Planecutvectors面板打开.
(f)在Colorby下拉菜单,选择Scalarvariable,保持Colorvariable里的Temperature.
(g)对于Computecolorbasedon,选择Thisobject.
(h)点击Done.
图 显示了在热源腔体内有一个大的对流。
空气在风扇一侧下降,在热源位置上升。
最高温度出现在最上面的热源。
图:
以温度标识颜色的速度矢量图
(i)在Planecut面板下,点击Active选项,然后点击Done.
5.显示5个热源的温度云图
Post
Objectface
另外:
你可以点击
button打开Objectface面板.
(a)输入Name.
(b)在Objecttype中,点击,按住key,点击来选择所有的sources,点击Acceptbutton.
(c)打开Showcontours选项及Parameters.
这样Objectfacecontours面板打开.
(d)在Objectfacecontours面板里,保持Contoursof下拉菜单里的Temperature.
(e)对于Shadingoptions,保持Banded.
(f)对于Colorlevels,选择Calculated及Thisobject.
(g)点击Done.
示图将更新为sources的温度云图.
(h)用你的鼠标右键放大/缩小来看示图
图显示了5个热源的温度分布云图。
几个热源的温度分布比较相似:
中心温度高,四周温度低。
中间的那个热源温度比