Icepak4.3练习中文教程(大量算例)

xS -0.025 yS 0 zS 0
xE 0.075 yE 0.25 zE 0.356
(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 0.006 m 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) 和 翅片一面 (fins 的那一面). 背板在这里是用 block 来描述. (a)
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o heat exchangers 热交换器 o wires 线 o openings 开孔 o grilles 过滤网 o sources 热源 o printed circuit boards (PCBs) PCB 板 o enclosures 腔体 o plates 板 o walls 壁 o blocks 块 o fans (with hubs) 风扇 o blowers 离心风机 o resistances 阻尼 o heat sinks 散热器 o packages 封装 • macros 宏
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：
o color, gray-scale, or monochrome PostScript o PPM o TIFF o GIF o JPEG o VRML o MPEG movies o AVI movies o FLI movies o animated GIF movies
目录
1.1 什么是 Icepak? ....................................... .... .... 1 1.2 程序结构.................................... .... .............. 1 1.3 软件功能................................ ..... ................ 2 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 非连续网格...........................................114 练习 7 Zoom-in 建模..........................................125 练习 8 带有离心风机的机柜.......................................146 练习 9 网格和模型强化练习.......................................150 练习 10 过滤网的损失系数.........................................159 练习 11 顺排或差排散热器.........................................174 练习 12 减小热阻.................................................189 练习 13 非均匀功率分布...........................................198 练习 14 ICEPAK 的 CAD Object 模型..................................204 练习 15 PCB 板布线层接口模块......................................224
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
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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
• 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
o UNIX 工作站 o Windows NT 4.0/2000/XP 的 PC 机
1.3.2 建模
• 基于对象的建模 o cabinets 机柜 o networks 网络模型
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
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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 • 湍流模型：混合长度方程（0-方程）, 双方程(标准 - 方程), RNG -
1.3.7 求解引擎
FLUENT 求解器采用有限体积算。 有如下特点：
• 使用多重网格算法来缩短求解时间 • 选择一阶迎风格式做初始计算，再使用高阶格式来提高精度
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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 • 迹线动画 • 瞬态动画 • 切面动画 • 输出为 AVI, MPEG, FLI, 及 GIF 动画 格式
o JEDEC test chambers JEDEC 试验室 o printed circuit board (PCB) o ducts 管道 o compact models for heat sinks 简化的散热器 • 2D object shapes 2D 模型 o rectangular 矩形 o circular 圆形 o inclined 斜板 o polygon 多边形板 • complex 3D object shapes 3D 模型 o prisms 四面体 o cylinders 圆柱 o ellipsoids 椭圆柱 o elliptical and concentric cylinders 椭圆柱 o prisms of polygonal and varying cross-section 多面体 o ducts of arbitrary cross-section 任意形状的管道
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
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(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。
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
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• 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，网格和后处理工具 • FLUENT, 求解器
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.
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(c) 点击 Geometry. (d) 输入下面坐标：
xS 0 yS 0 zS 0
xE 0.006 yE 0.25 zE 0.356
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 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。
(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 即可.
(b) 点击 button 打开 Openings 面板. (c) 点击 Geometry.
平面. 你只需要改变 opening 的大小
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(d) 输入如下坐标： (e) 点击 Done.
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.
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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:
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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：
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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 1 m ×1 m ×1 m。
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实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 计算流体力学 (CFD) 求解器。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 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
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 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