目录
什么是Icepak? (2)
程序结构 (2)
软件功能 (3)
练习一翅片散热器 (8)
练习二辐射的块和板 (43)
练习三瞬态分析
练习四笔记本电脑
练习五改进的笔记本电脑
练习六 IGES模型的输入
练习七非连续网格
练习八 Zoom-in 建模
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：
?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
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 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
?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
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
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
?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) 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
Ba sic 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
Ca binet
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:
(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)
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：
(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：
(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：
(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.
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。.
(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.