-
目
录
1.1
什么是
Icepak?
........................................ 2
1.2
程序结构
................
................................ 2
1.3<
/p>
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
< br>.............................................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
8
Zoom-in
建模
...................
.......................149
.
精品
.
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
< br>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
.
精品
.
?
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
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
o
UNIX
工作站
o
Windows NT 4.0/2000/XP
的
PC
机
o
1.3.2
建模
?
基于对象的建模
o
cabinets
机柜
.
精品
.
networks
网络模型
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
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
o
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
.
精品
.
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, and
grilles
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
.
精品
.
?
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：
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
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
?
系统模拟
?
散热器
?
数字风洞
?
热管模拟
PCB
板
.
精品
.
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
< br>,
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
< br>5
个高功率的设备（密封在一个腔体内），一块背板
pl
ate
，
10
个翅片
< br>fins
，
三个
fans, <
/p>
和一个自由开孔，
如图
1.1
所示。
Fins
和
pla
te
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
。
.
精品
.
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：
.
精品
.
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
。
你可以用鼠标左键旋转机柜，
或用中键平移，
< br>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
.
精品
.
(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
.
.
精品
.
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
-0.025
xE
0.075
yS
0
zS
0
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
2.
建立背板
button.
该
plate
是
0.006
m
< br>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)
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
b
lock
的大小。
(b)
点击
button
来打开
Blocks
面板
.
.
精品
.
(c)
点击
Geometry
.
(d)
输入下面坐标：
xS
0
xE
0.006
yS
0
yE
0.25
zS
0
zE
0.356
(e)
点击
Done
.
3.
建立自由开孔
(a)
点击
button
< br>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
.
.
精品
.
(d)
输入如下坐标：
xS
0.006
xE
0.075
yS
0
yE
0.25
zS
0.356
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
.
.
精品
.
(c)
点击
Geometry
.
(d)
输入如下坐标：
xC
0.04
yC
0.0475
zC
0
(e)
输入外径为
0.03 (
Radius
),
内径
0.01 (
Int
Radius
).
(f)
点击
Properties
.
(g)
保持风扇类型为
intake
.
(h)
在
Fan
flow
下
,
选择
Fixed
及
Mass
.
输入质量流量为
0.01
kg/s.
(i)
点击
Done
.
.
精品
.
5.
拷贝第一个风扇
(
fan.1
)
来创建第二个和第三个风扇
(
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。
.
.
精品
.
(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
offset
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-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
< br>一个，并在
Y
方向拷贝即可。
(a)
点击
button
生成一个热源
.
Icepak
将在
< br>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
.
.
精品
.
(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
0.0315
yE
0.0385
zS
0.1805
zE
0.2005
(g)
点击
Properties
.
(h)
在
Heat source
parameters
下
,
设置
Total
heat
为
33
W.
(i)
点击
Done
.
.
精品
.
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)
和前面复制风扇同样的步骤，在
Y
方向输入
offset
0.045
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<
/p>
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
.
.
精品
.
(c)
点击
Geometry
.
(d)
在在
Plane
下拉菜单
,
选择
X-Z
(e)
输入如下坐标：
xS
0.006
xE
0.075
yS
0.0125
yE
--
zS
0.05
zE
0.331
(f)
点击
Properties
.
(g)
在
Thermal model
下
,
选择
Conducting
thick
.
(h)
设置
Thickness
为
0.0025
m.
(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
.
.
精品
.
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
0.025
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
w
alls
组成。
(a)
点击
button
来生成
wall.
Icepak
将在
< br>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
.
.
精品
.
(c)
点击
Geometry
.
(d)
输入如下坐标：
xS
0
xE
-0.025
yS
0
yE
0.25
zS
0
zE
--
(e)
点击
Properties
.
(f)
在
Thermal
data
下
,
选择
External
conditions
并点击
Edit
button.
这时
Wall external
thermal conditions
面板将打开
.
.
精品
.
i.
打开
Heat trans
coeff
选项
,
指定
heat transfer coeff
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
:
xS
0
yS
0
xE
-0.025
yE
0.25
zS
0.356
zE
--
?
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
, and
wall.
5
,
用下面的参数
:
?
wall.3
:
Plane
:
X-Z
o
Start/end
:
o
.
精品
.
xS
0
xE
-0.025
yS
0
yE
--
zS
0
zE
0.356
Thermal data
:
External conditions
,
Heat trans coeff
= 15
?
wall.4
:
o
Plane
:
X-Z
o
Start/end
:
o
xS
0
xE
-0.025
yS
0.25
yE
--
zS
0
Thermal data
:
External conditions
,
Heat trans coeff
= 15
?
wall.5
:
o
Plane
:
Y-Z
o
Start/end
:
o
zE
0.356
xS
-0.025
xE
--
yS
0
zS
0
o
yE
0.25
zE
0.356
Thermal 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
).
.
精品
.
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
12.
检查物体定义
Edit
button
来检查模型。
如果所有的偏差都满足要求
,
Icepak<
/p>
会在
Message
窗口下给出
0
problems
。
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
< br>2
步来生成网格。首先你会生成粗网格
coarse m
esh
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
.
.
精品
.
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
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
.
.
精品
.
打开
Cut plane
选项
.
在
Set position
选项中
,
选择
Point and
normal
.
设置
(
PX, PY, PZ
)
为
( 0.025, 0,
0)
及
(
NX, NY,
NZ
)
为
( 1, 0, 0).
Y-Z
平面通过点
(0.025,
0, 0)
来显示网格
.
打开
Display
mesh
选项
.
devices
方向一致
,
如图
1.3
所示
.
.
精品
.
(b)
(c)
(d)
该设置会使网格在
(e)
网格显示垂直翅片，与
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
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。
.
.
精品
.
(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
及
High
end
height
,
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
Use per-object
parameters
选项
.
.
精品
.
iii.
打开
Y
count
及
Z count
,
将
Requested
一栏
分别设定为
< br>3
和
4
。
该设
定确定了
source
在每一个方向的网格数
< br>
(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.
检查新网格
< br>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。
.
精品
.
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
和
Peclet
数来确定是采用哪种流动方程。
1.
检查
Reynolds
和
Peclet
数
.
Solution
settings
Basic
settings
.
精品
.
(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
turbulence
modeling
（湍流模型）
.
Problem setup
Basic parameters
(a)
在
Basic parameters
面板里
,
在
Flow
regime
一栏
选择
Turbulent
.
(b)
保持缺省
Zero
equation
turbulence model.
(c)
点击
Accept
保存设置
.
3.
返回
Basic
settings
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
Save
project
步骤
6:
求解计算
1.
开始求解
Solve
Run
solution
注意点击
button.
.
精品
.
2.
保持缺省设置不变。
3.
点击
Start solution
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
.
.
精品
.
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
65 C.
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
Plane
cut
.
精品
.
另外
:
你也可以通过点击
button
来打开
Plane
cut
面板
.
(a)
在
Name
栏
,
输入切面的名称
.
(b)
在
Set
position
栏
,
选择
Point and
normal
.
(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
Show
vectors
选项
.
(e)
点击
Create
.
(f)
在
Orient
菜单下
,
选择
Orient
positive X
.
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
.
.
精品
.
图
1.6:
Y-Z
切面的速度矢量
(g)
在
Plane cut
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
Plane cut
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
Show
contours
选项并点击
Parameters
.
这样
Plane cut
contours
面板将被打开。
(e)
保持缺省设置
Temperature
选项
(f)
对于
Shading
options
,
保持
Banded
选项
.
(g)
对于
Color levels
,
选择
Calculated
及
This
object
选项
.
Icepak
将给出该切面的云图温度范围。
.
.
精品
.
(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
Plane cut
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
Plane
cut
面板下点击
New
.
.
精品
.
(b)
在
Name
栏
,
输入名称
.
(c)
取与上面同样的平面位置。
(d)
打开
Show
vectors
.
(e)
显示压力云图
i.
打开
Show
contours
选项并点击
Parameters
.
Plane cut contours
面板打开
.
ii.
在
Plane cut
contours
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
Shading options
,
保持缺省
Banded
.
iv.
对于
Color
levels
,
选择
Calculated
及
This
object
.
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
Plane cut
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
Plane
cut
面板下点击
New
.
(b)
给出名称
Name
.
(c)
在
Set
position
下选择
Point and normal
.
(d)
给出
(
PX, PY, PZ
)
为
( -0.01, 0, 0),
及
(
NX, NY,
NZ
)
为
( 1, 0, 0).
(e)
打开
Show vectors
选项并点击
Parameters
.
Plane cut vectors
面板打开
.
.
精品
.
(f)
在
Color
by
下拉菜单
,
选择
Scalar
variable
,
保持
Color variable
里的
Temperature
.
(g)
对于
Compute color
based on
,
选择
This object
.
(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
< br>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
Plane cut
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
Object face
.
精品
.
另外
:
你可以点击
button
打开
Object face
面板
.
(a)
输入
Name
.
(b)
在
Object type
中
,
点击
source.1
,
按住
点击
source.1.4
来
选择所有的
sources,
点击
Accept
button.
(c)
打开
Show contours
选项及
Parameters
.
这样
Object face
contours
面板打开
.
(d)
在
Object
face
contours
面板里
,
保持
Contours
of
下拉菜单里的
Temperature
.
(e)
对于
Shading
options
,
保持
Banded
.
(f)
对于
Color levels
,
选择
Calculated
及
This
object
.
.
精品
.
(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
1.10
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较高。顶部和底部的热源温度分布接近，另
外两个也是。
图
1.10:
五个热源上的温度云图
(i)
在
Object face
面析下
,
关闭
Active
选项
.
6.
显示背板的温度云图
(a)
在
Object face
面板下点击
New
.
(b)
给出名称
face-tempblock.
(c)
在
Object
下拉菜单
,
选择
block.1
并点击
Accept
.
(d)
打开
Show contours
选项并点击
Parameters
.
Object face contours
面板打开
.
(e)
在
Object
face
contours
面板下
,
保持
Con
tours
of
下拉菜单里的
Temperature
.
(f)
对于
Contour
options
,
不选
Solid
而选
Line
.
(g)
对于
Level spacing
,
选择
Fixed
并设置
Number
为
200.
(h)
对于
Color levels
,
选择
Calculated
及
This
object
.
(i)
点击
Done
.
< br>图中显示出
block
的温度云图。图
< br>
1.11
可以看出温度热点在热源的附件。最高温
度出现在三个中间的热源周围。
.
精品
.
图
1.11:
背板上的温度云图
总结
<
/p>
在该练习中，
你建立并求解了一个模型。
为了确定给定的散热器保持热源
65
C
情况的
能力。
后处理结果显示最高温度为
53
C,
显示了该散热器足以冷却这些热源。
附加练习
为了确定中间一个风扇失效情况下，散热器的效果，不激活
(deactive)
中间的风扇，即
fan.1.1
,
重新做网格
,
用不同的
ID
再求解一次并检查结果
.
.
精品
.
练习
2
辐射的块和板
简介
介绍：本练习演示了如何模拟辐
射传热。首先你求解一个没有考虑辐射的问题，然后再求
解一个考虑辐射的问题。目的是
比较辐射的效果。
在这个练习中你能够学到：
?
建立新的实体材料
?
模拟辐射效果
?
改变求解的迭代次数
?
建立组
?
完成多工况的后处理
问题描述
本问题
(
如
2.1
所示
)
包含一块板和一个导热的实体块，自然散热。块是方的，厚度为
0.005
m,
功耗
5
W.
它放置在一个
0.002
m
?
0.2
m
?
0.3
m
的板上
.
机柜内部物体的
辐射率为
1.
.
精品
.
图
2.1:
问题描述
步骤
1:
打开和定义一个新的项目
1.
启动
Icepak
,
当
Icepak
启动后
, the
New/existing
面板自动出现
.
2.
点击
New
.
New
project
面板出现
.
3.
给定一个项目名称
(a)
给出名称为
radiation.
(b)
点击
Create
.
Icepak
就会生成一个
1 m
?
1 m
?
1
m
的机柜。
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.
改变问题设置
.
精品
.
Problem setup
Basic parameters
(a)
打开重力开关
Gravity
vector
并保持缺省设置。
(b)
点击
Accept
保存新设置。
步骤
2:
建立模型
建模之前，你需要首先改变
机柜的大小。然后你建立导热实体
block,
the
plate,
two
openings, and two walls.
1.
改变机柜大小
Model
Cabinet
双击
Cabinet
显示出
Cabinet
面板
.
你也可以通过点击
(a)
在
Cabinet
面板里
,
点击
Geometry
.
(b)
输入如下坐标：
xS
0
xE
0.15
yS
0
yE
0.3
zS
0
zE
0.2
(c)
点击
Update
及
Done
来关闭窗口
.
(d)
在
Orient
菜单里
,
选择
Scale to
fit
.
2.
建立导热
block.
(a)
点击
button
建立一个新的
block,
点击
button
实现。
button
打开
Blocks
面板
.
Icepak
将在机柜的中心生成一个新的
block.
< br>你需要改变
block
的尺寸及物性
.
(b)
点击
Geometry
.
(c)
输入如下坐标：
xS
0.075
xE
0.08
yS
0.13
yE
0.17
zS
0.08
zE
0.12
(d)
点击
Properties
.
(e)
对于
Block type
,
保持
Solid
.
.
精品
.
(f)
给定材料
i.
在
Thermal specification
下
,
在
Solid
material
下拉菜单里选择
Create
material
.
提示
:
点击在
Solid
material
旁边的
button,
打开下拉菜单
.
The
Materials
面板打开
.
ii.
点击
Properties
.
iii.
点击在
Conductivity<
/p>
旁边的
Edit
按钮
.
Temperature dependent solid
conductivity
面板将打开
.
iv.
输入一个定值
Constant
为
148
W/m-K
并点击
Accept
.
.
精品
.
v.
点击
Done
密度（
density
）和热容（
specific heat
）在计算中用不到，所以用缺省值就可以
了。但是这两个值在计算瞬态（
transient
）问题时需要。
这样
Blocks
面板里就将
Solid
material
改为
block.1 solid_material
.
(g)
设定
Total
power
为
5
W.
(h)
点击
Done
来保存设置
.
3.
建立
plate
(a)
点击
button
建立一个新的
plate,
点击
button
打开
Plates
面板
.
你需要改变
plate
的方向，尺寸及物性
.
(b)
点击
Geometry
.
(c)
点击
Plane
下拉菜单
,
选择
Y-Z
.
(d)
输入如下坐标：
xS
0.073
xE
--
yS
0
zS
0
yE
0.3
zE
0.2
(e)
点击
Properties
.
(f)
在
Thermal
model
菜单下
,
选择
Conducting
thick
.
(g)
输入
Thickness
为
0.002
m.
(h)
设定一个新的材料给
plate
i.
在
Solid
material
下拉菜单中
,
选择
Create
material
.
ii.
在
Materials
面板中
,
选择
Properties
.
iii.
点击
Conductivi
ty
边上的
Edit
button.
The
Temperature dependent solid
conductivity
面板出现
.
iv.
输入一个定值
0.3
W/m-K
并
Accept
.
v.
点击
Materials
面板里的
Done
.
Plates
面板将会显示
Solid
material
为
plate.1 sol_material
.
(i)
保持
Total power
为
0
W.
(j)
点击
Done
保存
Plates
设置
.
4.
建立第一个
opening.
因为两个
openings
位置相关，你可以生成一个并拷贝生成另一个
.
(a)
点击
button,
及
button
来打开
Openings
面板
.
你可以在此面板下改变
opening
的方向及尺寸
.
(b)
点击
Geometry
.
(c)
在
Plane
下拉菜单中
,
选择
X-Z
.
(d)
输入如下坐标：
.
精品
.
xS
0
xE
0.15
yS
0
yE
--
zS
0
zE
0.2
(e)
点击
Done
保存
Openings
设置
.
5.
copy
第一个
opening (
opening.1
)
来生成第二个
(
opening.1.1
).
(a)
选择
opening.1
(b)
点击
button.
(c)
保持
Number of
copies
为
1
(d)
打开
Translate
选项并设定
Y
offset
为
0.3.
(e)
点击
Apply
.
Icepak
就生成了第二个
opening.1.1
.
6.
建立第一个
wall.
(a)
点击
button,
及
button
来打开
Walls
面板
.
Icepak
将在
< br>X-Y
平面建立一个矩形的
wall.
你需要改变
wall
的方向，尺寸及物性
.
(b)
点击
Geometry
.
(c)
在
Plane
的下拉菜单中
,
选择
Y-Z
.
(d)
输入如下坐标：
xS
0
xE
--
yS
0
yE
0.3
zS
0
zE
0.2
(e)
点击
Properties
.
(f)
在
Thermal
data
中
,
选择
External
conditions
及
Edit
.
Wall external thermal
conditions
面板出现
.
i.
打开
Heat trans coeff
选择
,
指定传热系数为
10
W/K-m
.
ii.
点击
Done
.
(g)
点击
Update
保存
Walls
的设置
.
7.
建立第二个
wall.
(a)
点击
New
来生成第二个
wall(
wall.2
):
?
Plane
:
Y-Z
?
Location
:
.
精品
.
xS
0.15
xE
--
yS
0
zS
0
?
Thermal
data
:
External
conditions
,
Heat trans
coeff
= 10
yE
0.3
zE
0.2
W/K-m
(b)
点击
Done
保存
Walls
的设置
.
最后的模型如图
2.2
所示
,
另外
:
物体名称也显示出来
.
可以点击
button
来隐藏
.
图
2.2:
辐射块和板的完整模型
8.
检查模型
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
。
.
精品
.
9.
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
对这个模型，你只需要一步
来生成网格。你需要指定单个物体的网格设置以生成好的
网格来满足求解。
.
Model
Generate Mesh
1.
生成网格
(a)
在
Mesh control
面板下
,
设定
Max X
size
,
Max Y size
,
and
Max Z size
为
0.02.
(b)
打开
Object
params
选项并点击
Edit
.
Icepak
将打开
Per-object meshing
parameters
面板
,
你可以指定
block,
第一个
opening,
和
plate
的网格
.
(c)
指定
block
的网格
i.
在
Per-object
meshing parameters
面板下
,
选择
block.1
.
ii.
打开
Use per-object
parameters
选项
.
iii.
打开
Low Y
height
和
High Y height
,
将
Requested
设置为
0.002 .
这个设定是保证
block<
/p>
在上下两个表面的第一层网格的高度为
0.002
m.
(d)
< br>设定第一个
opening
的网格
i.
在
Per-object meshing
parameters
面板下
,
选择
opening.1
.
ii.
打开
Use per-object
parameters
选项
.
iii.
打开
Inward
height
并设为
0.002.
这个设置是
opening
向内的第一
层网格的高度为
0.002
m.
(e)
设定
plate
的网格
i.
在
Per-object meshing
parameters
面板中
,
选择
plate.1
.
ii.
打开
Use per-object
parameters
选项
.
iii.
打开
Low end height
和
High end
height
,
设为
0.002
这个设定是
plate
的外边的第一层
网格为
0.002
m.
(f)
在
Per-object meshing
parameters
面板下
,
点击
Done
保存所有设置
.
(g)
点击
Generate mesh
来生成网格
.
.
精品
.
Icepak
会通知你有一些小的间隙
.
如果
Minimum
separation
出现，点击
Change
value and
mesh
,
允许
Icepak
对你的模型做一点小小的改动并继续作网格
.
2.
检查物体表面网格
(a)
点击
Display
.
(b)
选择
Surface
及
All
objects
.
(c)
打开
Display mesh
选项
.
网格显示如图
2.3
所示
.
图
2.3:
所有对象表面的网格
3.
检查切面网格
(a)
关闭
Display
mesh
和
Surface
选项
.
(b)
打开
Cut plane
选项
.
(c)
在
Set position
下拉菜单中选择
Point and
normal
.
(d)
显示
X-Y
平面的网格
i.
对于
(
PX, PY,
PZ
)
保持缺省设置
(
0, 0, 0.1),
及
(
NX, NY,
NZ
)
为
( 0, 0,
1)
ii.
打开
Display
mesh
选项
.
网格显示平面与
plate
垂直
.
iii.
用滑杆改变切面的位置。
(e) <
/p>
显示
Y-Z
和
X
-Z
平面的网格
i.
关闭
Display
mesh
选项
.
ii.
设置
(
PX, PY, PZ
)
为
( 0, 0, 0.1)
及
(
NX, NY,
NZ
)
为
( 1, 0, 0)
或
( 0,
1, 0).
这些设置将显示
Y-Z
和
< br>X-Z
平面的网格。
打开
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