Icepak案例技巧.docx
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Icepak案例技巧
Icepak案例[技巧]
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:
xS-0.025xE0.075
yS0yE0.25
zS0zE0.356
（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0.006m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:
xS0xE0.006
yS0yE0.25
zS0zE0.356
（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:
xS0.006xE0.075
yS0yE0.25
zS0.356zE--
（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:
xC0.04
yC0.0475
zC0
（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0.01kg/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0.0775m.
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
xS0xE--
yS0.0315yE0.0385
zS0.1805zE0.2005
（g）点击Properties.
（h）在Heatsourceparameters下,设置Totalheat为33W.
（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offset0.045m.
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:
xS0.006xE0.075
yS0.0125yE--
zS0.05zE0.331
（f）点击Properties.
（g）在Thermalmodel下,选择Conductingthick.（h）设置Thickness为0.0025m.（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0.025m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:
xS0xE-0.025
yS0yE0.25
zS0zE--
（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15W/K-m.
ii.点击Done.
（g）点击Update.
Walls面板下点击New，并生成第二个wall（wall.2）:
（h）在
Plane:
X-Y
Start/end:
xS0xE-0.025
yS0yE0.25
zS0.356zE--
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:
xS0xE-0.025
yS0yE--
zS0zE0.356
oThermaldata:
Externalconditions,Heattranscoeff=15
wall.4:
oPlane:
X-Z
oStart/end:
xS0xE-0.025
yS0.25yE--
zS0zE0.356
oThermaldata:
Externalconditions,Heattranscoeff=15
wall.5:
oPlane:
Y-Z
oStart/end:
xS-0.025xE--
yS0yE0.25
zS0zE0.356
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0.004m。
（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.
SolutionsettingsBasicsettings
（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）.
ProblemsetupBasicparameters
（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。
）
FileSaveproject
步骤6:
求解计算
1.开始求解
SolveRunsolution
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
PostPlanecut
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.
Orient菜单下,选择OrientpositiveX.（f）在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.
Name栏输入,名称.（b）在
（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.
及Thisobject选项.（g）对于Colorlevels,选择CalculatedIcepak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（1,0,0）.
（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1.9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1.9:
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
PostObjectface
另外:
你可以点击button打开Objectface面板.
（a）输入Name.
（b）在Objecttype中,点击source.1,按住key,点击sour
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