Icepak培训中文教程.docx

1、Icepak培训中文教程什么是Icepak?.2程序结构.2软件功能.3练习一 翅片散热器.8练习二 辐射的块与板.431.1 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，板级与系统级的问题。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

2、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，网格与后处理工具FLUENT, 求解器图 1.2.1: 软件架构Icepak 本身拥有强大的建模功能。你也可以从其它 CAD 与 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

3、标控制的用户界面 o鼠标就能控制模型的位置，移动与改变大小 o误差检查 灵活的量纲定义 几何输入IGES, STEP, IDF, 与 DXF格式 库功能 在线帮助与文档 o完全的超文本在线帮助 (包括理论与练习册) 支持平台oUNIX 工作站oWindows NT 4.0/2000/XP 的PC机1.3.2 建模 基于对象的建模 ocabinets 机柜onetworks 网络模型oheat exchangers 热交换器owires 线oopenings 开孔ogrilles 过滤网osources 热源oprinted circuit boards (PCBs) PCB板oenclosur

4、es 腔体oplates 板owalls 壁oblocks 块ofans (with hubs) 风扇oblowers 离心风机oresistances 阻尼oheat sinks 散热器opackages 封装macros 宏oJEDEC test chambers JEDEC试验室oprinted circuit board (PCB) oducts 管道ocompact models for heat sinks 简化的散热器2D object shapes 2D模型orectangular 矩形ocircular 圆形oinclined 斜板opolygon 多边形板complex 3

5、D object shapes 3D模型oprisms 四面体ocylinders 圆柱oellipsoids 椭圆柱oelliptical and concentric cylinders 椭圆柱oprisms of polygonal and varying cross-section 多面体oducts of arbitrary cross-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，五面体与混合网格 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

6、/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, and grilles 1.3.6 边界条件壁与表面边界条件：热流密度, 温度, 传热系数, 辐射,与对称边界条件开孔与过滤网 风扇 热交换器 时间相关与温度相关的热源 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

7、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 建模与后处理 可视化速度向量，云图，粒子，网格，切面与等值面 点示踪与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, 与 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, or monochrome PostScr

8、ipt oPPM oTIFF oGIF oJPEG oVRML oMPEG movies oAVI movies oFLI movies oanimated GIF movies 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，封装与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

9、图，向量与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, 与一个自由开孔，如图1.1所示。Fins与plate用extruded aluminum. 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 Icepak project. 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

10、) 点击 Create. Icepak就会生成一个缺省的机柜，尺寸为 1 m 1 m 1 m。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Home position 回来原始状态。 4. 修改problem定义，包括重力选项。Problem setup Basic parameters (a) 打开 Gravity vector 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。然后建立一块背板与开孔，接下来就是建立风扇，翅片与发热设备。1. 改变机柜大小，在 Cabinet 窗口下. M

11、odel 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-0.025xE0.075yS0yE0.25zS0zE0.356(c) 点击 Done. (d) 点击 Scale to fit 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-power devices 在这一面的腔体内) 与 翅片一面 (fins的那一面). 背板在这里是用blo

12、ck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：xS0xE0.006yS0yE0.25zS0zE0.356(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Geom

13、etry.(d) 输入如下坐标：xS0.006xE0.075yS0yE0.25zS0.356zE-(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：xC0.04yC0.0475zC0(e) 输入外径为0.03 ( Radius), 内径0.01

14、( Int Radius). (f) 点击 Properties. (g) 保持风扇类型为intake. (h) 在Fan flow下, 选择 Fixed 与 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) 来创建第二个与第三个风扇 ( fan.1.1 and fan.1.2). (a) 在Model manager 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 Number of copies. (d) 打开Translate 选项并输入 Y offse

15、t 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-power device. 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

16、Y-Z. (f) 输入如下坐标xS0xE-yS0.0315yE0.0385zS0.1805zE0.2005(g) 点击 Properties. (h) 在 Heat source parameters下, 设置 Total heat 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, and source.1.4). (a) 在Model manager 窗口下, 选定 source.1. (b) 点击 button. (c) 与前面复制风扇同样的步骤，在Y方向

17、输入offset 0.045m. 8. 建立第一个fin如风扇与设备一个，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，大小与物性参数。 (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：xS0.006xE0.075yS0.0125yE-zS0.05zE0.331(f) 点击Properties. (g) 在 Ther

18、mal model下, 选择 Conducting thick. (h) 设置 Thickness 为 0.0025m. (i) 保持 default 设置为 Solid material. 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 Model manager 窗口下, 选择 plate.1. (b) 点击 button. (c) 参照上述拷贝风扇的步骤，给Y offset 输入 0.025m 来生成 9

19、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，大小与物性参数. (b) 点击 button 来打开 Walls 面板. (c) 点击 Geometry. (d) 输入如下坐标：xS0xE-0.025yS0yE0.25zS0zE-(e) 点击 Properties. (f) 在Thermal data下, 选择 External conditions 并点击 Edit button. 这时 Wall external thermal conditions 面

20、板将打开. i. 打开 Heat trans coeff 选项, 指定 heat transfer coeff 为 15W/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: xS0xE-0.025yS0yE0.25zS0.356zE-Thermal data: External conditions, Heat trans coeff = 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, a

21、nd wall.5,用下面的参数: wall.3: oPlane: X-Z oStart/end: xS0xE-0.025yS0yE-zS0zE0.356oThermal data: External conditions, Heat trans coeff = 15 wall.4: oPlane: X-Z oStart/end: xS0xE-0.025yS0.25yE-zS0zE0.356oThermal data: External conditions, Heat trans coeff = 15 wall.5: oPlane: Y-Z oStart/end: xS-0.025xE-yS

22、0yE0.25zS0zE0.356oThermal data: External conditions, Heat trans coeff = 15 (j) 定义完5块wall之后，点击 Done.如图 1.2, 如示。 Isometric view (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 Check model 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 0 problems。12. 检查物体定义Edit Su

23、mmary 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coarse mesh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 Generate Mesh 另外: 你可以点击 button, 打开 Mesh control 面板. 1. 生成粗网格（最小数目的网格）(a) 在Mesh control 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 Max X size

24、to 0.01, the Max Y size to 0.01, and the Max Z size to 0.02. (c) 点击 Generate mesh 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 Change value and mesh 继续生成网格。2. 检查网格 (a) 点击 Display. (b) 打开 Cut plane 选项. (c) 在 Set position 选项中, 选择 Point and normal. (d) 设置 ( PX, PY, PZ) 为 ( 0.0

25、25, 0, 0)与 ( 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 Display mesh 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 Global settings下, Mesh parameters选项中选择 Normal Icepak将自动更新网格划分的设置。 (c) 打开

26、Object params 选项并点击 Edit. Icepak 将打开 Per-object meshing parameters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-object meshing parameters 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Use per-object parameters 选项. iii. 打开 Low end height 与 High end height, 将Reques

27、ted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Use per-object parameters 选项.iii. 打开 Y count 与 Z count, 将Requested一栏分别设定为3 与 4。 该设定确定了source在每一个方向的网格数 (f) 在 Per-object meshing parameters 面板下, 点击 Done 来保存设置。(g) 点击 Generate mesh button 来生成细网格。4. 检查

28、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 Display mesh 选项. (c) 点击 Close 来关闭 Mesh control 面板. 步骤 4: 检查气流在求解之前，你应该首先估算Reynolds 与 Peclet 数来确定是采用哪种流动方程。1. 检查Reynolds 与 Peclet 数. Solution settings Basic settings (a) 点击 Reset按钮. (b) 检查Message 窗口里的信息. 得到的Reynolds 与 Peclet 数分别是13,000 与 9,000, 所以应该是turbulent. Icepak 将建议选择turbu