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：
图 软件架构
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
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 所示.
软件功能
所有的功能均在Icepak 界面下完成。
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 2000/XP 的PC机
o
建模
基于对象的建模
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
o
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
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
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
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
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
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
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
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
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，如图所示。Fins和plate用extruded aluminum. 每个fan质量流量为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 : 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
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
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 xE yS 0 yE zS 0 zE (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?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
板.
(c) 点击 Geometry. (d) 输入下面坐标：
xS 0 xE button 来打开 Blocks 面
yS 0 yE zS 0 zE (e) 点击 Done. 3. 建立自由开孔
(a) 点击 Icepak 将创建一个矩形的自由开孔并在- button生成一个opening.
平面. 你只需要改变opening的大小即可. (b) 点击
(c) 点击Geometry. (d) 输入如下坐标：
xS button打开 Openings 面板.
xE yS 0 yE zS (e) 点击 Done. 4. 建立第一个风扇：
zE -- 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
(c) 点击 Geometry. (d) 输入如下坐标：
xC yC zC 0 button 来打开Fans面板.
(e) 输入外径为 ( Radius), 内径 ( 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 ?kg/s. (i) 点击 Done.
5. 拷贝第一个风扇 ( 来创建第二个和第三个风扇 ( and
(a) 在Model manager 窗口下, 选择 .
(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 . (e) 点击Apply.
Icepak 将创建两个同样的风扇，其间距为Y方向 ?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. (b) 点击
(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 -- button 打开 Sources 面板.
yS zS yE zE (g) 点击 Properties.
(h) 在 Heat source parameters下, 设置 Total heat 为 33?W. (i) 点击 Done.
7. 拷贝第一个device ( 来生成其它四个 ( and
(a) 在Model manager 窗口下, 选定 .
(b) 点击 button.
(c) 和前面复制风扇同样的步骤，在Y方向输入offset ?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
(c) 点击 Geometry.
(d) 在在Plane 下拉菜单, 选择 X-Z (e) 输入如下坐标：
xS xE button 打开 Plates面板.
yS yE -- zS zE (f) 点击Properties.
(g) 在 Thermal model下, 选择 Conducting thick. (h) 设置 Thickness 为 ?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.
9. 拷贝第一个fin( 来生成其它9个 fins
( ,
(a) 在 Model manager 窗口下, 选择 .
(b) 点击 button.
(c) 参照上述拷贝风扇的步骤，给Y offset 输入 ?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
(c) 点击 Geometry. (d) 输入如下坐标：
xS 0 xE button 来打开 Walls 面板.
yS 0 yE 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. 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 ( :
Plane: X-Y Start/end:
xS 0 xE yS 0 yE zS 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 , , and ,用下面的参数:
:
Plane: X-Z o Start/end:
o
xS 0 xE yS 0 yE -- zS 0 zE o
Thermal data: External conditions, Heat trans coeff = 15
:
Plane: X-Z o Start/end:
o
xS 0 xE yS yE -- zS 0 zE o
Thermal data: External conditions, Heat trans coeff = 15
:
Plane: Y-Z o Start/end:
o
xS xE -- yS 0 yE zS 0 zE o
Thermal data: External conditions, Heat trans coeff = 15
(j) 定义完5块wall之后，点击 Done.
如图? , 如示。 Isometric view (也可点击 button来看该示图).
图 : 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
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。 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
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 control 面板. button, 打开 Mesh 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 , the Max Y size to , and the Max Z size to . (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)及 ( NX, NY, NZ)为 ( 1, 0, 0).
该设置会使网格在Y-Z平面通过点, 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? 所示.
图 :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。. (d) 设定所有plates的网格
i. 在Per-object meshing parameters 面板, 点击 , 按住 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 . 该设定使得所有plate外围的每一层网格的高度为?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. iii. 打开 Y count 及 Z count, 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-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 绘图区域将自动显示新网格，如图所示。点击 Display并应用滑动钮来显示细网格。 图 : - 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 (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 步骤 6: 求解计算 1. 开始求解 Solve Save project Run solution 注意点击 2. 保持缺省设置不变。 3. 点击 Start solution 来启动求解器. button. 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? 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? 完全一样. 图 : 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 另外: 你也可以通过点击 Plane cut面板. button 来打开 (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, 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, 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 : 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。. (h) 点击 Done. 图上将显示温度云图。如图 所示. 图 : 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. (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? 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 :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, 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. (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? 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 : 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 另外: 你可以点击板. button打开Object face 面(a) 输入 Name. (b) 在Object type 中, 点击 , 按住 (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. (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 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 : 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Contours 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. 图中显示出block的温度云图。图? 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。 图 : 背板上的温度云图 总结 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 重新做网格, 用不同的ID再求解一次并检查结果. 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 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?m, 功耗5?W. 它放置在一个 ?m ??m ??m 的板上. 机柜内部物体的辐射率为1. 图 : 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 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button 实现。 (a) 在 Cabinet面板里, 点击 Geometry. (b) 输入如下坐标： xS 0 xE yS 0 yE zS 0 zE (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 点击 Icepak 将在机柜的中心生成一个新的block. (b) 点击 Geometry . (c) 输入如下坐标： xS xE yS yE zS zE (d) 点击 Properties . (e) 对于Block type, 保持 Solid. (f) 给定材料 button 建立一个新的block, button 打开 Blocks 面板. block的尺寸及物性. 你需要改变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 打开下拉菜单. The Materials面板打开. ii. 点击 Properties. iii. 点击在 Conductivity旁边的Edit按钮. button,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. 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 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 xE -- yS 0 yE zS 0 zE (e) 点击 Properties . (f) 在 Thermal model菜单下, 选择 Conducting thick. (g) 输入 Thickness 为 ?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Conductivity边上的 Edit button. The Temperature dependent solid conductivity 面板出现. iv. 输入一个定值?W/m-K 并 Accept. v. 点击Materials 面板里的Done. Plates 面板将会显示Solid material 为 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： xS 0 xE yS 0 yE -- zS 0 zE (e) 点击 Done 保存Openings设置. 5. copy第一个opening ( 来生成第二个( (a) 选择 (b) 点击 (c) 保持Number of copies为1 (d) 打开Translate 选项并设定 Y offset 为 . (e) 点击 Apply. Icepak 就生成了第二个 6. 建立第一个 wall. button. (a) 点击 button, 及 button来打开 Walls 面板. Icepak 将在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 zS 0 zE (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( : Plane: Y-Z Location: xS xE -- yS 0 yE zS 0 zE Thermal data: External conditions, Heat trans coeff = 10?W/K-m (b) 点击 Done 保存 Walls 的设置. 最后的模型如图? 所示, 另外: 物体名称也显示出来. 可以点击来隐藏. 图 : 辐射块和板的完整模型 8. 检查模型 buttonModel Check model 你也可以点击 9. 检查物体定义 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。 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 . (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 . ii. 打开 Use per-object parameters 选项. iii. 打开Low Y height 和 High Y height, 将Requested设置为 . 这个设定是保证block在上下两个表面的第一层网格的高度为?m. (d) 设定第一个opening的网格 i. 在 Per-object meshing parameters 面板下, 选择 . ii. 打开Use per-object parameters 选项. iii. 打开Inward height 并设为 . 这个设置是opening向内的第一层网格的高度为?m. (e) 设定plate的网格 i. 在Per-object meshing parameters 面板中, 选择 . ii. 打开 Use per-object parameters 选项. iii. 打开 Low end height 和 High end height, 设为 这个设定是plate的外边的第一层网格为?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. 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. 网格显示如图所示. 图 : 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, , 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) 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, 及 ( NX, NY, NZ) 为 ( 1, 0, 0) 或 ( 0, 1, 0). 这些设置将显示Y-Z和X-Z平面的网格。 打开Display mesh 选项. 4. 关闭网格显示 (a) 不选 Display mesh 选项. (b) 点击 Close. 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 (a) 点击 Reset button. (b) 检查Message 窗口里的信息. 得到的Reynolds 和 Peclet 数分别是?107 和 , 所以应该是laminar. 由于缺省是laminar所以不需要改变. (c) 点击 Accept. 步骤 5: 保存没有辐射的模型 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: 计算没有辐射的模型 1. 设置迭代次数为200. Solution settings Basic settings (a) 输入200. (b) 点击 Accept. 2. 开始计算 Solve Run solution 注意你也可以点击button. (a) 在 Solve面板下, 输入 no-rad00 作为 Solution ID. (b) 点击 Start solution. 计算将在大约100 iterations结束. 注意,计算步数在不同的计算机上略有区别。 步骤 7:检查没有辐射的结果 本练习目的是比较block 和 plate 的温度在考虑与不考虑不辐射情况下的区别。 这一步，你将看到没有辐射情况下的温度分布。下一步,你将计算并可以看到考虑辐射后的结果。 1. 显示block 和 plate的温度. Post Object face (a) 在 Object 下拉菜单中, 选择和并点击 Accept. (b) 打开 Show contours 选项并点击 Parameters. (c) 在Object face contours面板里,保持 Contours of下拉菜单里的 Temperature . (d) 对于Shading options, 保持 Banded. (e) 对于Color levels, 选择 Calculated 及 This object. (f) 点击 Done. 图? 显示 block 和 plate上的温度分布. Block上面板的温度显示了自然对流的效果。. (g) 在 Object face 面板里， 关闭Active 并点击 Done. 图 : Block和Plate的温度云图(没有辐射) 步骤 8: 增加辐射 在这一步你将增加辐射。 1. 打开辐射开关。 Model Radiation (a) 在 Radiation enabled 这一列下, 选择 , , , 和 . 这时可能会跳出一个窗口，问到要改变当前模型，而后处理还是前面模型的结果。只需要点击Ok button. (b) 在 Form factors 面板中,点击 Compute. Icepak 将计算角系数，参照用户手册中 25 关于辐射的详细描述. (c) 点击 Close. 2. 指定辐射率 由于辐射率对所有面都是一样的1, 你只需要改变缺省设置中的值。 Problem setup Basic parameters (a) 在 Default surface下拉菜单中, 选择 View definition. Icepak 将报告一个信息窗口，辐射率是 Steel-Oxidised-surface . 你可以创建一种新材料指定辐射率为1. (b) 在 Default surface 下拉菜单中, 选择 Create material. 这时可能会跳出一个窗口，问到要改变当前模型，而后处理还是前面模型的结果。只需要点击Ok button. Materials 面板出现. (c) 在 Materials 面板中, 点击 Properties . (d) 设置 Emissivity 为 1. (e) 点击 Done. 这样Basic parameters 面板中 Default surface 材料将是 default_surface_material. (f) 点击 Accept. 3. 保存新模型 File Save project 步骤 9: 计算有辐射的模型 Solve 1. 指定一个新的 Solution ID 为rad00. 2. 点击 Start solution. Run solution 计算将在大约100 iterations结束. 注意, 计算步数在不同的计算机上略有区别。 步骤 10: 检查有辐射的结果 1. 调用最新的计算结果 Post Load solution ID 在 Version selection 面板中你可以选择最新的工况 ( rad00). 2. 显示温度云图 Post Object face (a) 在 Object 下拉菜单中, 选择和. (b) 打开 Show contours 选项并点击 Parameters. (c) 在Object face contours面板里,保持 Contours of下拉菜单里的 Temperature . (d) 对于Shading options, 保持 Banded. (e) 对于Color levels, 选择 Calculated 及 This object. (f) 点击 Done. 图? 显示有辐射的温度分布。 图 : Block和Plate温度云图(考虑辐射) 比较有/没有辐射的计算结果(图? 和 可以看出辐射使最高温度下降了约31 C. 总结 本练习中，你建立并求解了一个没有/有辐射的问题. 计算结果显示出考虑辐射后最高温度下降了约31 C, 因此对该模型来讲辐射是很重要的。 练习3 瞬态分析 预备知识 这个例子假定你熟悉Icepak的菜单并且读过例1，因此一些设置和求解的步骤不会详细说明。 问题描述 模型如图所示，由一块底板，四个热源和9个锥形翅片组成，通过自然对流散热。热源贴在底板的背面，每个热源轮流工作10秒。 图 : 模型描述 步骤 1: 新建一个项目 1. 打开 Icepak, 如用户指南节所示。 Icepak 打开后, New/existing 面板会自动弹出。 2. 在New/existing 面板中单击New按钮以开始一个新的Icepak项目 New project面板弹出. 3. 指定项目名. (a) 在Project文本框中输入项目名transient. (b) 单击Create按钮 Icepak 会创建一个缺省尺寸为1m x 1m x 1m的Cabinet并显示在图形窗口中. 你可以用鼠标左键旋转或用鼠标中键平移Cabinet，或者用鼠标右键放大和缩小Cabinet。要恢复Cabinet到缺省的主视图，选择Orient菜单中的Home position 4. 考虑重力和湍流影响的瞬态模拟。 Problem setup Basic parameters (a) 在Time variation栏, 选择 Transient 并分别设置Start和 End 时间为 0 和40秒。 (b) 指定时间步长和保存中间数据的频率。 i. 单击紧靠Transient 选项的Edit parameters按钮。 Icepak 会打开Transient parameters 面板. ii. 设置 Time step increment（跌代计算的时间步长）为1. iii. 设置 Solution save interval（保存结果的时间步长）为5. iv. 单击 Accept 保存设置的时间参数。 (c) 在Basic parameters 面板中的Flow regime选项中 , 选择 Turbulent（湍流） 并保持缺省的Zero equation 湍流模型不变。 (d) 选中Gravity vector 选项并保持缺省设置不变。 (e) 在 Initial conditions（初始条件）选项下,设置 Y velocity 为 m/s. (f) 单击 Accept 按钮保存新的设置。 步骤 2: 建模 要建立模型，首先改变cabinet到合适尺寸。然后创建cabinet中的对象：底板，热源和翅片。 1. 改变cabinet的尺寸. Model Cabinet (a) 在弹出的Cabinet面板中, 单击 Geometry 标签. (b) 输入如下坐标值: xS xE yS yE zS zE (c) 单击 Update 按钮改变cabinet的尺寸，然后单击Done 按钮关闭cabinet面板。 (d) 在 Orient 菜单中, 选择 Scale to fit 以使cabinet的视图适合图形窗口的大小。 2. 创建底板。 (a) 单击 按钮创建一个新的plate, 按钮打开Plates 编辑面板. 对于底板，需要改变尺寸和设置热物性。 (b) 在 Name 栏中输入 baseplate. (c) 单击 Geometry 标签. (d) 输入如下的坐标值: xS xE yS yE zS zE -- 单击 (e) 单击 Properties 标签. (f) 在 Thermal model 下, 选择 Conducting thick. (g) 设置 Thickness 为?m. (h) 在Solid material 下拉栏中选择 Al-Duralumin 。 提示: 单击紧靠Solid material 的 按钮打开下拉栏。Al-Duralumin 位于Metals/Alloys类中,因此需要向下滚动下拉栏才能找到。 (i) 单击 Done 按钮确认plate的设置，然后关闭Plates面板。 3. 创建第一个翅片。 各翅片除了坐标，其他属性都一样。为了创建这一组9个翅片，可以先创建一个做为模板，复制两个，在x方向间距相同， 然后将这三个翅片归到一组（group），再复制两个组，y方向间距相同。 (a) 单击按钮创建一个新的block, 然后单 击按钮打开Blocks 面板。 Icepak 会在cabinet的中间创建一实体棱柱block，需要改变其尺寸和形状。 (b) 在Name框中输入对象名称fin，按 单击Geometry 标签. (d) 在Shape 下拉栏中, 选择 Cylinder. (e) 在Plane下拉栏中, 选择 X-Y. (f) 选中 Nonuniform radius 选项. (g) 为fin的中心点输入如下坐标值: xC yC zC (h) 设置 Height 值为 . (i) 将第一个（bottom）外圆半径( Radius)设为,第一个 (bottom) 内圆半径 ( Int Radius)设为0. (j) 将第二个（top）外圆半径( Radius 2)设为,第二个 (top) 内圆半径 ( Int Radius 2)设为0. (k) 单击 Properties 标签. (l) 对于Block type, 保持缺省设置为 Solid. (m) 对于 Thermal specification, 在Solid material 下拉栏中选择Al-Duralumi 。 (n) 单击 Done 按钮确认修改并关闭Blocks 面板. 4. 拷贝第一个block ( fin) 创建第二个和第三个翅片 ( and , 每个在 方向平移?m 。 (a) Model manager 窗口中, 在Model 节点下选择fin 对象. (b) 单击 按钮. 弹出Copy block fin 面板。 (c) 在Number of copies（拷贝的份数）中输入 2. (d) 选中Translate(平移) 选项，设定 X offset（X方向位移）为 . (e) 单击 Apply 按钮. Icepak 会创建fin的两个拷贝，每个与前一个在方向的位移是?m. 5. 创建余下的6个翅片. (a) 将建好的三个blocks创建为一个group（组）. Edit Current group Create i. 保持缺省的group name （组名称）. ii. 单击 Done 按钮。 对象会添加在Model manager 的Groups 节点下. iii. 在Model manager 窗口中, 单击Groups 旁边的＋号. iv. 鼠标右键单击 对象，在弹出的下拉菜单中选择 Add Name/pattern. Icepak会打开一个 Query 对话框，要求输入文本模式 v. 在Query 对话框的Pattern for objects to add 文本框中输入 fin*. vi. 单击 Done 按钮。 fin, , and 将添加到这个组中。 (b) 创建这个组的两份拷贝. i. 在Model manager 窗口的Groups 节点下选择 组对象. ii. 鼠标右键单击 ，在弹出的下拉菜单中选择Copy group. 弹出 Copy group 面板. iii. 在Number of copies 栏输入2. iv. 选中Translate （平移）选项. v. 在Y offset （Y方向位移）栏输入 m. vi. 单击 Apply 按钮。 全部9个翅片会显示在图形窗口中。 6. 创建第一个热源. 4个热源其他属性一致，但是开关的时刻不同，因此每个热源单独创建。 (a) 单击 按钮创建一个热源，单击 按钮打开 Sources 面板. Icepak 会在cabinet中心创建一个方形热源，需要设置热源的几何形状，方位，尺寸以及其他参数. (b) 单击Geometry 标签. (c) 输入如下坐标值: xS xE yS yE zS zE -- (d) 指定热功率为时间的指数函数: 这里, 是 时刻的热功耗, 若等于0则说明热源在仿真的初始时刻不发热。 100 和 分别是系数b 和 指数 a的值。 b 的单位和Sources 面板中的Total heat一致. i. 单击 Properties 标签. ii. 在Heat source parameters 栏中, 保持 Total heat 的缺省值0?W. iii. 选中 Transient 选项并单击 Edit 按钮. 弹出Transient power 面板. iv. 在Time栏, tS 输入0，tE输入10 这表示热源会在仿真开始的前十秒钟工作，十秒后则不再发热。 v. 选择 Exponential 并设置 a 为 ，设置 b 为 100. vi. 单击 Done 按钮确认修改并关闭Transient power 面板. (e) 在Sources 面板中单击 Update 按钮更新热源属性. 7. 创建第二个热源. (a) 在Sources 面板中单击New 按钮创建第二个热源( 并进行如下设置: Location: xS xE yS yE zS zE -- Heat source parameters: Total heat = 0?W, Transient Transient power parameters: tS= 10, tE= 20, Exponential, a= , b= 100 ! 记住在Transient power 面板中点击 Done 按钮，然后在Sources 面板中点击Update 按钮完成设置. 8. 按如下设置创建第二个和第三个热源 ( and : : o Location: xS xE yS yE zS zE -- o Heat source parameters: Total heat = 0?W, Transient o Transient power parameters: tS= 20, tE= 30, Exponential, a= , b= 100 Location: xS xE : o yS yE zS zE -- Heat source parameters: Total heat = 0?W, Transient o Transient power parameters: tS= 30, tE= 40, Exponential, a= , b= 100 o 9. 在cabinet中创建第一个opening. (a) 单击按钮创建一个新的opening, 单击按钮打开Openings 面板. Opening的尺寸和方位需要重新设置. (b) 单击Geometry 标签. (c) 在Plane 下拉栏中, 选择 X-Z. (d) 输入如下坐标值: xS xE yS yE -- zS zE 然后 (e) 单击Update 按钮确认修改opening的属性. 10. 创建第二个opening. (a) 单击New 按钮在 Openings 面板中，并如下修改第二个opening的属性: Plane: X-Z Location: xS xE yS yE -- zS zE (b) 单击 Done 按钮确认修改并关闭Openings 面板. 完整的模型如图,所示，改图是模型的Isometric（等轴侧）视图 (可在Orient 菜单中选择). 另外: Icepak的缺省设置是显示对象名的. 要隐藏对象名可单击按钮。. 图 : 瞬态模拟的完整模型 11. 检查模型以确认没有问题 (如 对象离得太近会导致无法正确生成网格). Model Check model 也可以单击12. 检查模型中对象的定义以确认设置正确。 按钮来检查模型. Icepak 会在Message 窗口中报告说未发现任何问题。 Edit Summary Icepak 会在Parameter summary 面板中列出模型中各对象的详细信息。 你可以检查，若无问题单击Done 按钮关闭面板。若发现有不正确的设置，你可以在Parameter summary 面板中直接修改：在想要修改的属性上单击，并输入正确值即可。 你也可返回到模型对象面板，按最初设置的方式一样输入新的值。 步骤 3: 生成网格 对于这个模型，只需一步就可生成网格，而且对象壁面附近的网格质量足够好，可以正确求解流场特性。 1. 生成模型的网格 Model (a) Generate mesh 在 Mesh control 面板中，设置Max X size 为 , Max Y size 为 , Max Z size 为 . (b) 选中Init height 选项，并设为. (c) 将Min elems in fluid gap 由3改为2. (d) 单击 Generate mesh 按钮。 2. 检查模型中所有对象的网格质量. (a) 在Mesh control 面板中单击Display 标签. 面板会更新为网格显示工具. (b) 选中 Surface 再选择All objects. (c) 选中Display mesh 选项. 所有对象表面的网格显示如图. 图 : 所有对象表面的网格 3. 检查模型截面上的网格. (a) 取消Display mesh 和 Surface 选项. (b) 选中Cut plane 选项. (c) 在Set position 下拉栏中选择Point and normal（一点和法线方向）. (d) 显示- 平面上的网格. i. 保持( PX, PY, PZ)的缺省设置为( 0, 0, , ( NX, NY, NZ)的缺省设置为 ( 0, 0, 1). 这样的设置会显示通过(0, 0, 点的平面上的网格。ii. 选中Display mesh 选项. 显示网格的平面是通过模型中心点的平面. iii. 滑动Plane location下的滑杆来移动平面的位置。 (e) - 显示- 和 i. 取消Display mesh 选项. ii. 将 ( NX, NY, NZ) 改为 ( 1, 0, 0) - 平面的网格. 或 ( 0, 1, 0). 这样设置会分别显示通过(0, 0, 点的- 平面和- 平面。 iii. 选中Display mesh 选项， 滑动Plane location 下的滑杆以改变平面的位置。 4. 取消网格显示. (a) 取消Display mesh 选项. (b) 单击 Close 按钮关闭Mesh control 面板. 步骤 4: 检查流动状态 开始求解之前, 有必要估算一下模型的Rayleigh 数和 Prandtl数，看是否模拟了正确的流态。 1. 检查模型的Rayleigh 数和 Prandtl 数. Solution settings Basic settings (a) 在Basic settings面板中单击Reset 按钮. (b) 检查Message 窗口输出的值. Rayleigh数和Prandtl数大约分别是 10 和 ,因此流态是湍流. 既然已经设定为湍流了，则不需要做任何更改. (c) 单击Accept 按钮确认新的求解器设置. 步骤 5: 保存模型到项目文件 Icepak 在开始求解之前会自动保存模型，但是自己保存模型（包括网格）仍然是一个好的习惯。如果你在求解之前退出Icepak, 你可以重新打开已保存的项目继续分析。(如果你在当前的Icepak任务中开始计算， Icepak 会直接覆盖以前保存的项目文件。) File 步骤 6: 求解 1. 增大每个时间步的迭代次数。Save project Solution settings Basic settings (a) 设置Iterations/timestep 为 50. (b) 单击 Accept 按钮。 2. 开始计算. Solve (a) 保持Solve 面板中的缺省设置. (b) 单击 Start solution 按钮开始求解。 Run solution 求解将在640步跌代后收敛. 但是，收敛所需的跌代步数随电脑的不同而略有差别。 步骤 7: 检查结果 由于是瞬态模拟，因此可以做出动画以反映流场和温度场场随时间的变化情况。 1. 显示四个热源表面上随时间变化的温度云图. Post (a) 在Object 下拉栏中, 选择所有的热源. Object face 提示: 为了选择树状列表中的所有热源,按下 选中Show contours 选项，单击Parameters 按钮. 弹出Object face contours 面板. (c) 在Object face contours 面板中, Contours of 下拉栏中保持缺省的设置Temperature . (d) 保持缺省设置，单击Done 按钮保存设定并关闭面板, 同时更新图形显示区域. (e) 改变模型的视图到主视图。 Orient Home position (f) 做温度云图动画Animate the temperature contours over time. Post Transient settings 弹出 Post-processing time 面板. i. 在Post-processing time 面板中, 选择 Time value . ii. 单击 Animate按钮. 弹出Transient animation 面板. iii. 在Transient animation 面板中, 保持所有缺省设置并单击Animate 按钮. 动画开始，图形窗口显示每一时刻热源上的温度云图。你会看到当热源工作时它的温度升高。图? 显示了温度云图。 时刻热源上的 图 : 时刻热源表面温度云图 要停止动画显示,单击Icepak 界面右上角的红色Interrupt 按钮。 (g) 单击Done 按钮关闭Transient animation 面板. (h) 单击Done 按钮关闭Post-processing time 面板. (i) 在Object face 面板中, 取消Active 选项并单击Done 按钮. 2. 在截过cabinet中心的平面上显示速度矢量. Post Plane cut (a) 在 Set position 下拉栏中选择Point and normal, 并输入如下点坐标及法方向向量: PX 0 PY 0 PZ NX 0 NY 0 NZ 1 (b) 选中Show vectors. (c) 单击Create 按钮. (d) 随时间变化的速度矢量动画. Post Transient settings i. 在Post-processing time 面板中选择Time value . ii. 单击 Animate 按钮弹出Transient animation 面板. iii. 保持Transient animation 面板中的缺省设置，单击 Animate 按钮显示动画. 动画显示每一时刻截面上的速度矢量. 气流从一个opening流向另一个opening (流过heatsink的翅片);你还能看到气流速度分布随时间从初始状态发展到由系统几何形状及其他参数所决定的流场。 图? 显示了时刻的速度矢量分布. 要停止动画显示,单击Icepak 界面右上角的红色Interrupt 按钮。 (e) 单击Done 按钮关闭Transient animation 面板. (f) 单击Done 按钮关闭Post-processing time 面板. (g) 在Plane cut 面板中, 取消Active 选项并单击Done 按钮. 图 : 时刻的速度矢量分布 总结 在这个练习中，你创建并求解了一个瞬态模型，运用动画技术观察求解结果。 练习4 笔记本电脑 介绍 本练习讲解如何创建一个包含各种部件的笔记本电脑模型。练习的目的是检验风扇及通风口提供的风量能否满足冷却CPU芯片、电源、硬盘和PCB板的需要。 通过这个练习你会了解如何： 创建新的固体材料 为风扇指定特性曲线 改变求解器迭代的步数 修改求解器的 under-relaxation factors （松弛系数） 本练习假设你熟悉Icepak 的菜单结构并了解练习1 的内容， 因此设置和求解过程中的一些步骤不会详细列出。 问题描述 计算域包括一个硬盘、一个软驱, 一个 CPU 芯片, 一块 PCMCIA 卡, 四块PCB 板和一个电源模块, 如图所示. 整个系统由两个风扇和四个通风口冷却.系统内的流动属于湍流. 图 : 问题描述 步骤 1: 打开并创建一个新的项目 1. 打开Icepak,可 参考用户指南（User Guide） 节. Icepak打开后， 自动弹出 New/existing 面板. 2. 在 New/existing 面板中单击 New 按钮. 弹出New project 面板. 3. 为项目指定名称. (a) 在Project 文本框中, 输入项目名notebk1. (b) 单击Create 按钮. Icepak 会创建一个缺省尺寸为1m x 1m x 1m的Cabinet并显示在图形窗口中. 你可以用鼠标左键旋转或用鼠标中键平移Cabinet，或者用鼠标右键放大和缩小Cabinet。要恢复Cabinet到缺省的视图，选择Orient菜单中的Home position 4. 修改问题定义以应用湍流模型 Problem setup Basic parameters (a) 在Flow regime 栏选择 Turbulent. (b) 选择缺省的Zero equation 湍流模型. (c) 单击 Accept 按钮保存设置. 步骤2: 建模 要建立模型，首先改变cabinet到合适尺寸。然后创建CPU芯片、CPU底板和PCB板的材料.最后创建硬盘、软驱、PCMCIA、CPU芯片、PCB板、电源、风扇和通风口的模型。 1. 改变cabinet的尺寸. Model Cabinet (a) 在弹出的Cabinet面板中, 单击 Geometry 标签. (b) 输入如下坐标值: xS 0 xE yS 0 yE zS 0 zE (c) 单击 Update 按钮改变cabinet的尺寸，然后单击Done 按钮关闭cabinet面板。 (d) 在 Orient 菜单中, 选择 Scale to fit 以使cabinet的视图适合图形窗口的大小。 2. 创建CPU芯片、CPU底板和PCB板的固体材料 提示: 也可以在定义对象时创建材料，其步骤参考练习2. (a) 单击 (b) 在Model manager 窗口中, 双击 对象. 按钮创建一种新的材料. Icepak 会打开Materials 面板. (c) 定义CPU 芯片的材料. i. 在Name 框中输入材料名称solid-cpuchip. ii. 单击Properties 标签. iii. Material type 保持缺省设置Solid 不变. iv. 在 Sub-type 框中输入custom. 这会将新建的材料归入custom类中。你可将所有新建的材料归入这一类。. v. 单击Conductivity 后面的Edit 按钮. 弹出Temperature dependent solid conductivity 面板. vi. 选中Constant ，输入值10?W/m-K ，单击Accept 按钮保存定义. 密度（density）和比热（specific heat）在计算中不会用到, 所以你可以保持缺省值. 固体材料的密度和比热只在瞬态模拟中使用。 vii. 单击Update 按钮创建CPU 芯片的材料. (d) 定义CPU底板的材料. i. 在Materials 面板中单击New 按钮. ii. 单击Info 标签. iii. 在Name 栏中输入材料名称solid-cpubase. iv. 单击Properties 标签. v. 在Sub-type 栏中输入custom. vi. 单击Update 按钮创建CPU 底板的材料. (e) 定义PCB板的材料. i. 按同样的步骤创建名为solid-pcb 的新材料， conductivity（导热系数） 设为 15?W/m-K. (f) 单击 Done 按钮关闭面板. 3. 创建硬盘模型. 在模型中硬盘由中空的长方体（hollow block）表示。 (a) 单击按钮创建一个新的block, 单击 按钮打开Blocks 面板. Icepak 会在cabinet的中间创建一实体棱柱block，需要改变其尺寸和形状。 (b) 单击Info 标签. (c) 在Name框中输入对象名称block-harddisk，按 单击Geometry 标签. (e) 输入如下坐标值: xS xE yS yE zS zE (f) 单击 Properties 标签. (g) 在Block type栏选择 Hollow. (h) 单击Update 按钮确认修改. 4. 创建软驱. 在模型中软驱也由中空的长方体（hollow block）表示。 (a) 在Blocks 面板中单击New 按钮. (b) 单击Info 标签. (c) 在Name框中输入对象名称block-floppy，按 单击Geometry 标签. (e) 输入如下坐标值: xS xE yS yE zS zE (f) 单击 Properties 标签. (g) 在Block type栏选择 Hollow. (h) 单击Update 按钮确认修改. 5. 创建CPU芯片. CPU 芯片由实心长方体表示。 (a) 在Blocks 面板中单击New 按钮. 对于CPU 芯片, 你需要改片其尺寸，设置为实心体并设置热属性。 (b) 单击Info 标签. (c) 在Name框中输入对象名称block-cpuchip，按 单击Geometry 标签. (e) 输入如下坐标值: xS xE yS yE zS zE (f) 单击 Properties 标签. (g) 在Block type栏选择缺省的Solid. (h) 在Solid material 下拉栏中选择solid-cpuchip. (i) Total power 设为 10?W. (j) 单击Update 按钮确认修改. 6. 创建CPU底板 CPU 底板由实心长方体表示。 (a) 在Blocks 面板中单击New 按钮. 对于CPU 底板, 你需要改片其尺寸，设置为实心体并设置热属性。 (b) 单击Info 标签. (c) 在Name框中输入对象名称block- cpubase，按 单击Geometry 标签. (e) 输入如下坐标值: xS xE yS yE zS zE (f) 单击 Properties 标签. (g) 在Block type栏选择缺省的Solid. (h) 在Solid material 下拉栏中选择solid- cpubase. (i) Total power 设为缺省值 0?W. (j) 单击Update 按钮确认修改. 7. 创建CPU风扇底板. CPU风扇底板由实心长方体表示。 (a) 在Blocks 面板中单击New 按钮并设置如下属性: Name: block-cpufanbase Start/end: xS xE yS yE zS zE Block type: Solid Thermal specification: Solid material = Al-Die Cast, Total power = ?W ! 完成设置后记住单击Update 按钮以确认修改。 8. 创建PCMCIA卡. PCMCIA 卡由空心长方体表示 。 (a) 在Blocks 面板中单击New 按钮并设置如下属性: Name: block-pcmcia Start/end: xS xE yS yE zS zE Block type: Hollow 9. 创建电源模块。 电源模块由外部的实心长方体和内部的空心长方体组成。 (a) 对于实心长方体，在Blocks 面板中单击New 按钮并设置如下属性: Name: block-ps1 Start/end: xS 0 xE yS yE zS 0 zE Block type: Solid Thermal specification: Solid material = Al-Extruded, Total power = 0?W (b) 对于空心长方体，在Blocks 面板中单击New 按钮并设置如下属性: Name: block-ps2 Start/end: xS yS xE yE zS 0 zE Block type: Hollow 10. 创建一个空心长方体代表一组不发热的器件。 (a) 在Blocks 面板中单击New 按钮并设置如下属性: Name: block-space Start/end: xS xE yS yE zS zE Block type: Hollow (b) 单击Done 按钮确认修改并关闭Blocks 面板。 11. 将block器件归入一组。 (a) 创建组. Edit Current group Create i. 在Query 对话框中保持缺省名称不变. ii. 在Query 对话框中单击Done 按钮. (b) 将所有block对象添加到组. i. 在Model manager 窗口中, 单击Groups前面的＋号. ii. 右键单击, 选择Add 弹出 Query 对话框。 Name/pattern iii. 在Pattern for objects to add 文本框中输入block*, 单击Done 按钮确定. 另外，你也可以选择Add entry, 然后按照图形窗口中的提示选择全部的9个block。 Screen select 提示: 如果你不小心选中了其他对象，可以右键单击 Model manager 窗口中下的对象,在弹出的菜单中选择Remove from group 移走对象。 12. 创建第一块PCB板. 模型中的PCB板采用plate对象表示而不是PCB 对象.你将指定这些plate为有厚度可导热板。 (a) 单击按钮创建一个新的plate, 击按钮打开Plates 面板. 对于第一个 PCB,你需要改变它的方位，尺寸和热物性。 (b) 在Name框中输入对象名称pcb1，按 单击Geometry 标签. (d) 在 Plane 下拉栏中选择 X-Z. (e) 输入如下坐标值: xS xE 然后单 yS yE -- zS 0 zE (f) 单击Properties 标签. (g) 在Thermal model栏选择 Conducting thick. (h) 设置Thickness（厚度）为 ?m. (i) 在Solid material 下拉栏中选择solid-pcb. (j) 保持Total power 为缺省值0?W. (k) 单击Update 按钮确认修改. 13. 创建第二块PCB板. (a) 在 Plates 面板中单击New 按钮，并设置如下属性: Name: pcb2 Plane: X-Z Start/end: xS xE yS yE -- zS zE Thermal model: Conducting thick Thickness: ?m Solid material: solid-pcb Total power: 0?W ! 完成设置后记住单击Update 按钮以确认修改。 14. 创建第一块电源板. (a) 在 Plates 面板中单击New 按钮，并设置如下属性: Name: ps-plate1 Plane: X-Z Start/end: xS 0 xE yS yE -- zS 0 zE Thermal model: Conducting thick Thickness: ?m Solid material: solid-pcb Total power: 2 W 15. 创建第二块电源板. (a) 在 Plates 面板中单击New 按钮，并设置如下属性: Name: ps-plate2 Plane: X-Z Start/end: xS xE yS yE -- zS zE Thermal model: Conducting thick Thickness: ?m Solid material: solid-pcb Total power: W 16. 创建一个接触热阻. (a) 在 Plates 面板中单击New 按钮，并设置如下属性: Name: cont-resist Plane: X-Z Start/end: xS xE yS yE -- zS zE Thermal model: Contact resistance, Specify resistance = ?C/W, Total power = 0?W (b) 单击Done 按钮确认修改并关闭Plates 面板. 17. 创建7个热源以模拟芯片的功耗及PCB板上的功耗器件。 (a) 单击按钮创建一个新的source, 击 按钮打开Sources 面板. (b) 创建第一个source ( . i. 单击Geometry 标签. ii. 对于Shape选择缺省的 Rectangular. iii. 将Plane 改为X-Z. iv. 输入如下坐标值: xS xE yS yE -- 然后单 zS zE v. 单击Properties 标签. vi. 在Heat source parameters栏中设置Total heat为1?W. vii. 单击Update 按钮确认修改。 (c) 创建第二个source ( . i. 在Sources 面板中单击New 按钮并设置如下参数: Shape: Rectangular Plane: X-Z Start/end: xS xE yS yE -- zS zE Heat source parameters, Total heat = ?W ! 完成设置后记住单击Update 按钮以确认修改。 (d) 重复以上步骤创建 到 , 参数设置如下: : Shape: Rectangular o Plane: X-Z o Start/end: o xS xE yS yE -- zS zE o Heat source parameters, Total heat = ?W : Shape: Rectangular o Plane: X-Z o Start/end: o xS xE yS yE -- zS zE o Heat source parameters, Total heat = ?W : Shape: Rectangular o Plane: X-Z o Start/end: o xS xE yS yE -- zS zE o Heat source parameters, Total heat = ?W : Shape: Rectangular o Plane: X-Y o Start/end: o xS xE yS yE zS zE -- o Heat source parameters, Total heat = ?W : Shape: Rectangular o Plane: X-Y o Start/end: o xS xE yS yE zS zE -- o Heat source parameters, Total heat = ?W (e) 单击Done 按钮关闭Sources面板. 18. 创建CPU风扇. CPU风扇是圆形风扇，其特性曲线定义了体积流量与压降的关系: Volumetric Flow Rate Pressure Drop 0 (a) 0 单击按钮创建一个新的风扇, 然后单击 按钮打开Fans 面板. (b) 单击Info 标签. (c) 在Name框中输入对象名称cpu-fan，按 单击Geometry 标签. (e) 对于Model as 保持缺省选项 2d. (f) 对于 Shape 保持缺省选项Circular. (g) 在Plane 下拉栏中选择 X-Z. (h) 在 Location 栏中输入Center（中心点）坐标如下: xC yC zC (i) 设置外圆半径( Radius) 为 ?m, 内圆半径 ( Int radius) 为 ?m. (j) 单击Properties 标签. (k) 在Fan type 下拉栏中选择 Internal. (l) 在Direction栏保持缺省设置为Normal and Positive. (m) 在Fan flow 栏选择Non-linear. (n) 定义流量曲线. i. 单击Non-linear 旁边的Edit按钮选择Text editor. ii. 在Curve specification 面板中输入上述表中的数据. iii. 在Curve specification 面板中单击Accept按钮 (o) 在Fans 面板中单击Update按钮. 提示: 如果你想看特性曲线图，单击Curve旁边的Edit按钮，然后选择Graph editor. 19. 创建系统排风风扇. 排风风扇是圆形风扇，其特性曲线定义了体积流量与压降的关系: Volumetric Flow Rate Pressure Drop 0 0 (a) 在Fans 面板中单击New按钮并给定如下参数: Name: exh-fan Model as: 2d Shape: Circular Plane: X-Y Center point: xC yC zC 0 Radius: ?m Int radius: ?m Fan type: exhaust Fan flow: Non-linear (数据在上表中给定，输入步骤与CPU风扇同) (b) 单击Done确认修改并关闭Fans面板. 20. 创建CPU风扇的通风口. 单击按钮创建一个新的grille,单击 按钮打开Grille面板. (a) 在Name框中输入对象名称grille-fan，按 单击Geometry 标签. (c) 在Shape 下拉栏中选择Circular. (d) 在Plane 下拉栏中选择X-Z. (e) 在 Location 栏中输入Center（中心点）坐标如下: xC yC zC (f) 设置 Radius（半径）为?m. (g) 单击Properties 标签. (h) 对于Velocity loss coefficient（速度损失系数）, 选择Approach 并设置Quadratic coeff. 为 30. (i) Flow direction（流动方向）保持为缺省的of Normal out. (j) 单击Update 按钮确认修改. 21. 在cabinet底部创建两个grille，在cabinet背部创建一个grille。 (a) 在Grille 面板中单击New 按钮创建第一个底部grille，并设置如下参数: Name: grille-btm1 Shape: Rectangular Plane: X-Z Start/end: xS xE yS 0 yE -- zS zE Velocity loss coefficient: Approach, Quadratic coeff. = 3 Flow: Normal out ! 在定义结束后,务必点击 Update按钮. (b) 创建第二个底部grille和背部grille，并设置如下参数: 第二个底部 grille: o Name: grille-btm2 o Shape: Rectangular o Plane: X-Z o Start/end: xS 0 xE yS 0 yE -- zS zE Velocity loss coefficient: Approach, Quadratic coeff. = 3 o Flow: Normal out 背部 grille: o Name: grille-back o Shape: Rectangular o Plane: X-Y o Start/end: o xS xE yS 0 yE zS zE -- Velocity loss coefficient: Approach, Quadratic coeff. = 3 o Flow: Normal out o (c) 创建所有的grille后，单击Done 按钮关闭Grille按钮. 完整的模型如图所示,图中显示的是等轴侧图 (该视图可在Orient 菜单中选择). 图 : 笔记本电脑的完整模型 22. 检查模型以确认没有问题 (如 对象离得太近会导致无法正确生成网格). Model Check model Icepak 会在Message 窗口中报告说未发现任何问题。 23. 检查模型中对象的定义以确认设置正确。 Edit Summary Icepak 会在Parameter summary 面板中列出模型中各对象的详细信息。 你可以检查，若无问题单击Done 按钮关闭面板。若发现有不正确的设置，你可以在Parameter summary 面板中直接修改：在想要修改的属性上单击，并输入正确值即可。 你也可返回到模型对象面板，按最初设置的方式一样输入新的值。 步骤 3: 生成网格 对于这个模型，只需一步就可生成网格，而且对象壁面附近的网格质量足够好，可以正确求解流场特性。 Model Generate mesh 1. 生成模型的网格。 (a) 在 Mesh control 面板中，设置Max X size 为 , Max Y size 为 , Max Z size 为 . (b) 选中Init height 选项，并设为. (c) 在Mesh parameters 下拉栏中选择Coarse. (d) 设置 Max size ratio 为 3. 虽然生成的是粗（coarse）网格，减小Max size ratio 的值会保证对象边界附近的网格不至于太大。 (e) 单击Generate mesh 按钮. Icepak会提示说模型对象之间的最小间距小于模型中对象最小尺寸的10%. 有三种选择：停止生成网格、忽略警告、和允许Icepak 自动修正尺寸. (f) 在Minimum separation 面板中单击Change value and mesh 按钮接受Icepak自动修正尺寸，继续生成网格。 网格生成后，Mesh control 面板中Display, Quality 和Export 标签变得有效。 2. 检查模型中所有对象的网格质量. (a) 在Mesh control 面板中单击Display 标签. (b) 选中 Surface 再选择All objects. (c) 选中Display mesh 选项. 所有对象表面的网格显示如图. 图 : 所有对象Mesh on All Object Faces 3. 检查模型截面上的网格. (a) 取消Display mesh 和 Surface 选项. (b) 选中Cut plane 选项. (c) 在Set position 下拉栏中选择Point and normal（一点和法线方向）. (d) 显示- 平面上的网格. i. 保持( PX, PY, PZ)的缺省设置为( 0, 0, , ( NX, NY, NZ) 的缺省设置为( 0, 0, 1). 这样的设置会显示通过(0, 0, 点的平面上的网格。 ii. 选中Display mesh 选项. iii. 滑动Plane location 下的滑杆来移动平面的位置。 (e) - 显示- 和 - 平面的网格. i. 取消Display mesh 选项. ii. 将 ( PX, PY, PZ) 改为( 0, 0, 0) ，将 ( NX, NY, NZ) 改为 ( 1, 0, 0) 或 ( 0, 1, 0). 这样设置会分别显示通过(0, 0, 0)点的- 平面和- 平面。 iii. Turn on the Display mesh option. 4. 取消网格显示. (a) 取消Display mesh 选项. (b) 单击 Close 按钮关闭Mesh control 面板. 步骤 4: 检查流动状态 开始求解之前, 有必要估算一下模型的Reynolds 数和 Peclet数，看是否模拟了正确的流态。 1. 检查模型的Reynolds 数和 Peclet 数. Solution settings Basic settings (a) 在Basic settings面板中单击Reset 按钮. (b) 检查Message 窗口输出的值. Reynolds数和Peclet数大约分别是4200和 3000,因此流态是湍流. 既然已经设定为湍流了，则不需要做任何更改. (c) 单击Accept 按钮确认新的求解器设置。 步骤 5: 保存模型到项目文件 Icepak 在开始求解之前会自动保存模型，但是自己保存模型（包括网格）仍然是一个好的习惯。如果你在求解之前退出Icepak, 你可以重新打开已保存的项目继续分析。(如果你在当前的Icepak任务中开始计算， Icepak 会直接覆盖以前保存的项目文件。) File Save project 步骤 6: 求解 1. 将 Number of iterations（迭代步数）增大为200. Solution settings Basic settings (a) 在Basic settings 面板中单击 Accept 按钮. 2. 修改松弛系数（under-relaxation factors）. 由于模型相对较为复杂，你需要改变松弛系数（under-relaxation factors）的缺省设置. Solution settings Advanced settings 弹出 Advanced solver setup 面板. (a) 设置Pressure 的松弛系数（Under-relaxation factor）为， Momentum 为 . (b) 在Advanced solver setup面板中单击Accept按钮. 设置方向速度的初始条件. 3. Problem setup Basic parameters (a) 在Initial conditions栏中, 设置Z velocity 的初始值为-1?m/s. 指定负方向的初始速度是为了确保排风风扇的气流方向在计算的开始就是正确的。由于Icepak 传递信息给求解器的方式，可能导致排风风扇的气流方向与排风方向相反，给定正确初始速度方向可以避免这个问题。在定常问题的模拟中 (如本练习), 初始速度对最后的求解结果没有影响。 (b) 单击Accept 按钮保存设置。 4. 开始计算. Solve (a) 保持Solve 面板中的缺省设置. (b) Run solution 单击 Start solution 按钮开始求解。 求解将在100步跌代后收敛. 但是，收敛所需的跌代步数随电脑的不同而略有差别。 步骤 7: 检查结果 本练习的目的是检验风扇及通风口提供的风量能否满足冷却CPU芯片、电源、硬盘和PCB板的需要. 你可以运用Icepak 的图形化后处理工具检查模拟的结果。 1. 显示硬盘、软驱、CPU芯片、PCMCIA卡和电源表面的温度云图。 这些对象是用block模拟的，因此你将要显示所有block上的温度云图。 Post (a) 在Name 栏中输入名称face-tempblocks. (b) 在Object 下拉栏中选择block组. Object face 提示: 你需要向下滚动下拉栏并打开Groups 节点以显示 . (c) 选中Show contours 选项，单击Parameters 按钮. 弹出Object face contours 面板. (d) 对于Color levels 选择Calculated ，并在右边的下拉栏中选择This object 。 (e) 单击Done 按钮确认设置，更新图形显示窗口并关闭Object face contours 面板. 图? 显示了所有block表面的温度云图. 注意CPU芯片是计算域中最热的器件， 最高温度达91度. 图 : 硬盘、软驱、CPU芯片、PCMCIA卡和电源表面的温度云图 (f) 在Object face 面板中, 取消Active 选项并单击Done 按钮. 显示模型- 截面的速度矢量. 2. Post (a) 在Name 栏中输入名称cut-vectors. (b) 选中Show vectors. (c) 单击Create 按钮. (d) 改变图形窗口的视图为正Plane cut方向视图. Orient Orient positive Z (e) 在Plane cut 面板的Set position 下拉栏中选择 Horizontal-screen select. (f) 在图形窗口的cabinet中心处单击鼠标左键. (g) 在Plane cut 面板面板中单击Update 按钮. Icepak 会创建一个通过所选点的垂直图形窗口的水平截面. 在这个例子中，创建的就是- 平面,该平面通过cabinet的中心点。图是等轴侧视图（Isometric view）. (h) 滑动Plane cut 面板中Plane location下的滑杆来移动平面的位置。 图 : - 截面的速度矢量 3. 保存后处理对象到文件. 如果你继续学习练习5, 你可以读取后处理对象而不需要重新创建. Post Save post objects to file 弹出File selection 对话框. (a) 保持缺省的文件名 ( post_objects)，单击Save按钮. 总结 在这个练习中, 你创建并求解了一个通过两个风扇和四个通风口冷却的笔记本电脑模型以确定其内部的温度分布. 发现CPU芯片是系统中最热的器件，最高温度达 91C。正常情况下CPU 芯片的最高温度应在 95 高温度应该更低. C以下. 由于设计需要留一定的安全系数，最 在下一个练习中, 你会更深入的研究这个问题并致力于将低芯片的最高温度到可接 受的范围之内. 练习5 修改的笔记本电脑 介绍 本练习是练习 4的后续.目的是改进练习4中笔记本电脑的设计，使CPU芯片的最高温度降到可接受的范围之内。改进的方法是在排风风扇附近放置一散热器，并通过热管连接到CPU芯片。 通过这个练习你会了解如何: 如何在以前保存的项目基础上开始新的工作 在已有的模型中增加一个散热器（heatsink）和一个热管（heat pipe） 重新应用前一个项目的后处理对象 预备知识 本练习假设你熟悉Icepak 的菜单结构并了解练习4 的内容， 因此设置和求解过程中的一些步骤不会详细列出。 练习4中保存的项目文件将是本练习的工作起点。 问题描述 和练习4一样, 计算域包括一个硬盘、一个软驱, 一个 CPU 芯片, 一块 PCMCIA 卡, 四块PCB 板和一个电源模块. 整个系统由两个风扇和四个通风口冷却.系统内的流动属于湍流. 在本练习中，你会增加一个散热器（heatsink）,并通过热管连接到CPU芯片.模型如图所示. 图 : 问题描述 步骤 1: 打开一个现存的项目 1. 打开Icepak,可 参考用户指南（User Guide） 节. Icepak打开后， 自动弹出 New/existing 面板. 2. 在 New/existing 面板中单击Existing 按钮. 弹出Open project 面板. 3. 在Open project 面板中，选择Directories列表中的notebk1,然后单击Open 按钮. 4. 载入后处理对象. 练习4 结束前保存了一个后处理文件，你可以在本联系中载入。 Post Load post objects from file (a) 在File selection 对话框中, 选择post_objects文件。 (b) 单击Open按钮。 Icepak 会载入练习4保存的后处理对象. 载入过程可能会需要几分钟的时间。 如果在练习4结束时速度矢量图处于活动状态，则会自动显示在图形窗口中。你可以在Model manager 窗口的Postprocessing 下鼠标右键单击cut-vectors ，然后关闭Active 选项。这会将cut-vectors 后处理对象移动到Model manager 窗口的Inactive 节点下。 5. 保存到新的项目文件. 这样你对模型的任何修改不会影响原来的项目文件。 File Save project as (a) 在Project 文本框中, 将notebk1 改为 notebk2. (b) 如果在Version文本框有内容, 则删掉它. (c) 单击Save按钮. 步骤2: 增加散热器和热管 你将在原有模型基础上增加一个散热器和一个热管. 散热器由底板和六个翅片组成，底板贴在电源板（ps-plate2）上. 1. 创建散热器. 散热器模型由几块block拼接而成. 当然你也可以用Icepak 提供的heatsink对象或者详细的heatsink宏建立散热器的模型.详细内容参考用户指南（User's Guide） 22章. (a) 单击(b) 单击 (c) 给这个block指定如下参数: Name: hs-base Start/end: xS xE yS yE zS zE 按钮创建一个新的block. 按钮打开Blocks面板. Block type: Solid (d) 单击Update 按钮确定. (e) 在Blocks 面板中单击New 按钮创建第一个翅片，并指定如下参数: Name: fin Start/end: xS xE yS yE zS zE Block type: Solid (f) 单击Done 按钮确认，并关闭Blocks 面板. (g) 拷贝生成5个翅片, 在i. 方向间距?m. 单击 ii. 输入Number of copies值为5. iii. 选中Translate 选项并指定X offset 为. iv. 单击Apply按钮。 按钮打开Copy block fin 面板. Icepak生成第一个翅片的5个拷贝，在方向间距为?m. 2. 创建热管. 在本练习中热管通过等效热传导系数来模拟.这是一种近似，热管几何模型与真实热管一样，但由于真实热管具有非常大的换热能力，你需要指定热管模型在主流量具有很大的导热系数。等效热传导系数 ( ) 可以由下式近似求出: 式中 , , 和 分别是长度，截面面积及热管的热阻.对于本练习，假设，则求得.材料另外两个方向的导热系数假定为150.在Materials 面板中的orthotropic conductivity 选项下可以改变这些值. (a) 单击(b) 给热管指定如下参数: Name: heatpipe Start/end: 按钮创建一个新的block,然后单击按钮打开Blocks面板. xS xE yS yE zS zE Block type: Solid (c) 给热管指定一种新的材料. i. 在Thermal specification的Solid material下拉栏中,选择Create material. 弹出 Materials 面板. ii. 单击 Properties 标签. iii. 单击Conductivity 后面的Edit 按钮. 打开 Temperature dependent solid conductivity 面板. iv. 在Constant 栏中输入30000?W/m-K，单击Accept按钮. 密度（density）和比热（specific heat）在计算中不会用到, 所以你可以保持缺省值. 固体材料的密度和比热只在瞬态模拟中使用. v. 在 Materials 面板的Conductivity type 下拉栏中选择Orthotropic，为指定各方向的导热系数输入如下数值: X: Y: Z: 1 vi. 在 Materials 面板单击 Done 按钮. Blocks 面板中会显示Solid material 是 heatpipe solid_material. (d) 在Blocks 面板中单击Done 按钮. 完整的模型如图所示,图中显示的是等轴侧图 (该视图可在Orient 菜单中选择). 图 : 修改后笔记本电脑的完整模型 3. 检查模型以确认没有问题 (如对象离得太近会导致无法正确生成网格). Model 4. 检查模型中对象的定义以确认设置正确。 Check model Edit Summary Icepak 会在Parameter summary 面板中列出模型中各对象的详细信息。 你可以检查，若无问题单击Done 按钮关闭面板。若发现有不正确的设置，你可以在Parameter summary 面板中直接修改：在想要修改的属性上单击，并输入正确值即可。 你也可返回到模型对象面板，按最初设置的方式一样输入新的值。 步骤3: 生成网格 对于这个模型，只需一步就可生成网格，而且对象壁面附近的网格质量足够好，可以正确求解流场特性。 Model 1. Generate mesh 生成模型的网格. (a) 保持在练习Tutorial4中设定的网格参数. (b) 单击 Generate mesh按钮. 2. 以练习4同样的方法检查网格质量. 步骤 4: 检查流动状态 开始求解之前, 有必要估算一下模型的Reynolds 数和 Peclet数，看是否模拟了正确的流态. 1. 检查模型的Reynolds 数和 Peclet 数. Solution settings Basic settings (a) 在Basic settings面板中单击Reset 按钮. (b) 检查Message 窗口输出的值. Reynolds数和Peclet数大约分别是4200和 3000,因此流态是湍流. 既然已经设定为湍流了，则不需要做任何更改. (c) 单击Accept 按钮确认. 步骤 5: 保存模型到项目文件 Icepak 在开始求解之前会自动保存模型，但是自己保存模型（包括网格）仍然是一个好的习惯。如果你在求解之前退出Icepak, 你可以重新打开已保存的项目继续分析。(如果你在当前的Icepak任务中开始计算， Icepak 会直接覆盖以前保存的项目文件.) File Save project 步骤 6: 求解 1. 将 Number of iterations（迭代步数）增大为200. Solution settings Basic settings (a) 在Basic settings 面板中单击 Accept 按钮. 2. 修改松弛系数（under-relaxation factors）. Solution settings Advanced settings 弹出 Advanced solver setup 面板. (a) 设置Pressure 的松弛系数（Under-relaxation factor）为， Momentum 为 . (b) 在Advanced solver setup面板中单击Accept按钮. 3. 开始计算. Solve (a) 保持Solve 面板中的缺省设置. (b) 单击 Start solution 按钮开始求解. Run solution 求解将在140步跌代后收敛. 但是，收敛所需的跌代步数随电脑的不同而略有差别. 步骤 7: 检查结果 为了检验增加散热器是否改善了系统热性能，你可以使用练习4创建的后处理对象来检查求解结果. 1. 载入后处理对象. 练习4 结束前保存了一个后处理文件，你可以在本联系中载入。 Post Load post objects from file (a) 在File selection 对话框中, 选择post_objects文件. (b) 单击Open按钮. Icepak 会载入练习4保存的后处理对象. 载入过程可能会需要几分钟的时间. 如果在练习4结束时速度矢量图处于活动状态，则会自动显示在图形窗口中。你可以在Model manager 窗口的Postprocessing 下鼠标右键单击cut-vectors ，然后关闭Active 选项。这会将cut-vectors 后处理对象移动到Model manager 窗口的Inactive 节点下. 2. 显示硬盘、软驱、CPU芯片、散热器、热管、PCMCIA卡和电源上的温度云图，因为这些器件的模型都是block，因此你只要使用后处理对象face-tempblocks 显示所有block表面的温度云图即可. (a) 如果后处理对象不在Model manager 窗口的Inactive 节点下，则单击Model manager 窗口中的Post-processing 节点，然后在弹出的对话框中单击Yes 按钮重新载入它们. (b) 在Model manager 窗口中, 右键单击Inactive 节点下的face-tempblocks 对象, 在弹出的菜单中选择Active. Block对象(硬盘、软驱、CPU芯片、散热器、热管、PCMCIA卡和电源)表面的温度云图显示在Icepak 的图形窗口中，如图所示.注意到CPU芯片仍然是系统中温度最高的器件，但是温度降到大约71度. 图 : 硬盘、软驱、CPU芯片、散热器、热管、PCMCIA卡和电源上的温度云图 总结 在本练习中，你修改了练习4中创建的模型，试图降低CPU芯片的温度到可接受的范围之内.增加一个散热器和一个热管使CPU芯片的温度降低了约 2091C, 从 C降到 7195C, 完全符合大多数CPU芯片最高温度 C的限制. 练习6 由IGES导入的发热板模型 介绍 这个教程展示了从其他商业CAD软件创建的几何向Icepak导入的过程。Icepak 提供了一个导入IGES（Initial Graphics Exchange Specification）文件的功能， 同时可以简化CAD几何和将几何转换为Icepak的模型。 在这个教程中你可以导入一个IGES文件到Icepak中。 转换CAD几何为Icepak的模型。 最终， 获得一个Icepak模型的求解结果。 在这个教程中你可以学到： 导入一个 IGES文件到Icepak中 对CAD物体创建families 转换IGES几何为Icepak模型 删除不需要的几何 编辑一组物体 面对齐功能 缩放一个Icepak模型 在模型的截面上创建一个动画 预备知识 这个教程假定你已经熟悉了Icepak的菜单结构并且你已经阅读并实践了教程1。 一些建模和求解的步骤将进行简单的描述。 问题描述 这个模型包括一个风扇，一个格栅，和5个印制电路板 (PCBs)， 见图? 。 在这个教程中， 这组PCBs将会被模拟成一组plate。 空气从cabinet上的质量流量为 kg/s的风扇中穿过，去冷却一组PCB。 图 ： 问题描述 准备 1. 复制文件 ICEPAK_ROOT /tutorials/mcad/ 到你的工作目录。 ICEPAK_ROOT是你的Icepak安装路径 步骤1： 新建一个项目并且导入IGES文件 1. 启动Icepak， 参见用户手册的§ 。 当Icepak启动， New/existing对话框将自动出现 2. 单击New New project面板将会出现 3. 定义项目名称 (a) 在Project文本框中， 输入mcad。 (b) 单击创建。 Icepak将会创建一个默认的cabinet，大小为 1?m ×1?m ×1?m， 并且在图形窗口中显示出来。 你可以使用鼠标左键绕着屏幕的中心点旋转cabinet， 或者你可以使用鼠标中键平移视图。 你也可以使用鼠标右键放缩视图。 要复原cabinet 的默认视图， 从Orient 菜单选择 Home position。 4. 导入IGES 文件到Icepak中 file import IGES/STEP surfaces + curves (a) 在目录列表中选择文件 (b) 单击 Open。 5. 改变模型方向为正等测视图。 Orient Isometric view 导入几何的正等测视图见图? 。 图 ： 从 IGES 文件导入几何 步骤2： 对CAD几何创建 Families Family是一组CAD 物体。 Icepak使用不同的颜色显示了不同的families。这一步，你将创建2个families的 CAD 物体去描述格栅和一组PCB。 1.对CAD几何创建family以表示格栅 在Orient Orient negative X 这个方向允许你更容易去选择正确的物体 (a) 使用鼠标右键和中键去转换视图， 见图? 。 (b) 创建表示格栅?的family model CAD data 这将打开CAD data 面板。 i. 单击Change family按钮 ii. 在图形窗口中， 用鼠标左键去拖拽一个包括格栅几何的方框， 见 图? 。 图 ： 导入 格栅 物体的近体视图 ! 不要选择 cabinet上的墙几何 提示： 如果你选择了不表示格栅的CAD几何，按住 当你选择了所有格栅的几何， 单击鼠标中键 Change family 面板将会出现 iv. 输入grille在New family框内 v. 在键盘上按下 2. 创建一个family表示一组PCB的几何 Orient Home position (a) 创建PCB family i. 在cabinet的中部拖拽一个方框包括5个PCB板的几何 见图? 。 图 ： 导入PCB物体的近体视图 ii. 当你选择了表示一组PCB的几何， 单击鼠标中键 Change family 面板将回出现 iii. 在New family 内输入pcb_plate。 iv. 输入 单击鼠标中键以结束操作 3. 检查新的families你是否选择了正确的几何。 CAD data 面板的Families框中应该显示出你已经创建的两个families。 Orient Isometric view (a) 两个创建了的families视图 i. 在CAD data 面板上， 取消选择在Cabinet边界上的FACE和EDGE将会隐藏它们的CAD 几何。 并确保格栅和PCB_PLATE保持被选择的状态。 环绕cabinet边界的浅蓝色CAD几何将会消失， 留下橙黄色的PCBs和紫色的格栅。注意当你希望某个familie的高亮显示的颜色与cabinet所显示的颜色相同时，你可以将 cabinet暂时隐藏掉，方法是右键单击Cabinet在model manager窗口， 并且关闭Visible选项在弹出式菜单。 注意： 如果你看到任何其它的CAD 几何 (例如：cabinet的边界)和格栅或者PCBs的颜色相同，这将意味着你所选择的CAD 几何并不应该包括在格栅或者PCB_PLATE的 family中。这些CAD 几何在你进行下一步前必须去掉。为了从一个family中去掉CAD 几何， 需要单击CAD data 面板上的Change family按钮，单击鼠标左键在多余的CAD 几何上， 这些被选择的几何将显示为高亮的白色。当你选择所有需要从当前family去掉的CAD 几何后，单击鼠标中键在图形窗口会自动打开Change family 面板。 单击FACE按钮就可以将多余的CAD 几何从格栅或者PCB_PLATE family中移动到FACE family中。 ii. 在CAD families 面板中，单击All可以重新显示出所有在cabinet边界上的几何。 步骤3：转换CAD 几何为Icepak 物体 现在你已经导入了CAD几何到Icepak中，下一个步骤就是转换这些几何成为Icepak的物体。你可以通过三个办法实现这个目的：选择一组面并且转换它们成为Icepak的物体；选择一个family并且转换它们成为Icepak的物体；或者选择一个模型region， 并且把这个region分成若干单元， 然后对每个单元进行CAD几何的转换成为Icepak的物体。在这一步中，你每种方法都会使用到。 1. 使用CAD几何创建风扇 (a) 使用鼠标右键去放缩和使用中键去平移视图，以便更好的看到表示风扇的CAD几何， 见图. 图 ： 风扇物体的近体视图 (b) 选择你希望的Icepak应该适应的CAD 几何形状 i. 在CAD data 面板中， 在Shapes to try栏目下， 取消选择 cyl， hexa， incline， polygon， 和quad的形状。 这会确保风扇将会被创建为圆形 (c) 单击Fans按钮 (d) 使用鼠标左键， 在图形窗口中单击包括风扇形状的两个半圆弧， 见图。 提示： 如果你选择了错误的CAD 几何， 单击鼠标右键 在图形窗口中可以取消你曾经作出的选择。 (e) 单击鼠标中键在图形窗口中结束风扇的创建过程 Icepak的风扇物体将会被显示在图形窗口中。 (f) 再次单击鼠标中键在图形窗口中可以结束选择模式 2. 创建格栅。 Orient Orient negative X Orient Zoom to fit (a) 在Shapes to try框中，取消选择circ并选择 quad。 这会确保格栅将会被创建为矩形。 (b) 单击格栅按钮。 (c) 移动鼠标到图形窗口上并且按下在键盘上的 f键。 Select family 面板将会自动打开。 (d) 在select family 面板上，选择格栅并单击 Accept。 Icepak的格栅物体将会被显示在图形窗口中。 (e) 单击鼠标中键在图形窗口中可以退出选择模式 3. 创建5个表示PCB的一组plates。 Orient (a) 单击Options 按钮。 Home position CAD data operation options 面板将会打开。 i. 在Group for new models域中，输入名字pcb。 ii。 单击 Accept。 (b) 在Creation mode中，选择 Region。 (c) 单击Plates按钮。 (d) 在图形窗口中，在cabinet的中间拖拽鼠标左键为一个包括5个plate 物体的方框。 这些plates将会被高亮显示为白色。 (e) 单击鼠标中键在图形窗口中可以认可对这些plates的选择。 (f) 放置鼠标的光标 (现在光标为 \"+''， 或者一个方框，这将由你所使用的操作系统决定) 在两个plates之间并且在键盘上按下v键，可以划出一条竖线。 当你完成时，将会有4条竖线将5个plates分开，见图? 。 图 ： 用竖线分开的一组PCB (g) 单击鼠标中键在图形窗口中可以确定竖线分开的过程并创建出5个plates。 5个Icepak plate物体将会被显示在图形窗口中。 (h) 再次单击鼠标中键在图形窗口中可以退出选择模式。 4. 通过单击Clear 按钮，从你的Icepak 模型中去掉所有残余的CAD几何。 (a) 单击 Yes确定删除残余的CAD几何。 5. 重新对齐格栅到正确的位置。 由于误差的原因， 偶尔你会发现到导入的几何可能会出现某种错误，在某些情况下，你必须进行对实体和物体重新定位的操作，否则可能会导致你的Icepak求解结果发生发散或者出现缺陷。 见User's Guide 的§可以获得更多的关于对齐Icepak 物体的知识。 (a) 单击 (b) 在你所创建的格栅边界上单击鼠标左键。 按钮。 提示： 你可以切换为正等测视图以方便你的选择。 (c) 单击鼠标中键。 (d) 在格栅所应该位于的Cabinet平面上单击鼠标左键。 (e) 单击鼠标中键。 格栅将会对齐到cabinet的平面上。 6. 放缩cabinet。 你可以重新放缩整个模型。 (a) 在model manager窗口， 选择Cabinet条目。 (b) 单击 model 面板。 i. 打开scale选项并且输入。 ii. 单击 Apply 按钮可以打开Move all objects in cabinet和所有Icepak的物体都将实现放缩操作。 步骤4： 为Icepak的物体设置参数 1. 设置风扇的参数。 (a) 在Model manager中选择风扇( FACE)。 (b) 单击按钮可以打开风扇的面板。 i. 单击Properties表单。 ii. 在fans flow中，选择Fixed，和Mass。 iii. 输入数值：?kg/s。 iv. 单击Info表单。 v. 在Name域中，输入名字fan。 vi. 单击Done改变参数设置并且关闭fans 面板。 2. 设置一组plates的参数。 (a) 在model manager窗口中，打开Groups节点，然后单击pcb单元。 Edit Current group Edit Plates 面板将会打开，并且plates将会高亮显示在图形窗口中。 i. 单击Properties 表单。 ii. 在Total power中，输入数值4 W。 iii. 单击 Done可以更新参数并且关闭Plates 面板。 Orient Isometric view 完整的Icepak模型见图? 。 图 ： 带有风扇，格栅，和一组PCB的cabinet模型 3. 检查模型并确认不存在任何问题 (例如， 物体的间距小于网格生成器所允许的值)。 Model Check model Icepak会在 Message窗口中汇报结果为： 0 problems were found and all tolerances are acceptable。 4. 检查模型物体的定义以保证你的。 Edit Summary Icepak将会在Parameter summary 面板中列出你所有的模型物体。你可以在这里检查它们并单击 Done如果你满意的话。 如果你发现了一些错误的定义，你可以在Parameter summary 面板中通过单击条目并改变其中的数值以改变这些设定。你同时也可以返回到适当的模型物体面板中用你当初建模的方法改变参数的设置。 步骤5： 创建网格 对于这个模型， 你只需要一个步骤就可以完成创建网格，因为默认的网格参数已经很好的解决了近距物体面之间的流动物理问题。 Model 1. Generate mesh 为了创建网格，在Mesh control 面板中单击Generate mesh按钮。 2. 单击Change value and mesh。 3. 检查模型的x-y截面网格。 (a) 单击Display表单。 (b) 打开Cut plane选项。 (c) 在Set position下拉式列表中选择 Point and normal。 (d) 保持默认的( PX， PY， PZ)为 ( 0， 0， ， 和( NX， NY， NZ)为 ( 0， 0， 1)。 这些设置了通过点(0， 0， 的x-y截面。 (e) 打开Display mesh选项。 网格显示见图? 。 图 ： x-y截面网格图 (f) 使用Plane location下的滑杆去移动模型的截面。 4. 关闭网格显示。 (a) 取消选择Display mesh选项。 (b) 单击Close可以关闭Mesh control 面板。 步骤6： 检查流动状态 在开始运算之前， 你必须先估计Reynolds和 Peclet数的值来确定模型中流体的流动状态。 1. 检查Reynolds and Peclet数的数值。 Solution settings Basic settings (a) 单击Reset按钮。 (b) 检查在Message窗口中显示的值。 显示为：The Reynolds and Peclet numbers are approximately 10075 and 7140， respectively，so the flow is turbulent。 (c) 单击 Accept 来保存求解器的设置。 2. 设置为湍流模型。 Problem setup Basic parameters (a) 在Problem setup 面板， 在Flow regime中选择 Turbulent。 (b) 保持默认的Zero equation湍流模型。 (c) 单击Accept来保存设置。 3. 返回到Basic settings面板，并单击 Reset，然后单击Accept。 步骤7： 保存模型到一个项目文件 Icepak将会在求解问题之前自动保存模型，但是还是建议你在求解之前自己手动保存模型 (包括网格)。如果你在计算之前退出Icepak，你可以打开曾经保存的项目文件并在将来用Icepak继续分析。 (如果你用当前的Icepak进程进行计算，Icepak在你手动存盘时将会覆盖你的项目文件。) File Save project 步骤8： 计算 1. 定义叠代步数。 Solution settings Basic settings (a) 增加Number of iterations 为200。 (b) 单击Accept。 2. 开始计算。 Solve (a) 在Solve 面板中保持原来的设置。 (b) 单击Start solution开始进行计算。 Run solution 计算将在90步左右达到收敛。注意，在不同的计算机上进行求解会出现不同的收敛步数。 步骤9： 检查结果 1. 显示一组PCB的温度云图。 Post Object face Orient Isometric view (a) 在Object face 面板的Name域中，输入名称temp-contours。 (b) 在Object的下拉式列表中，选择pcb，并且单击Accept。 提示： 你可以滚动列表并打开Groups节点。 (c) 打开Show contours选项并单击Parameters。 Object face contours 面板将会打开。注意默认的Variable是Temperature，所以不需要改变变量。 i. 对于Color levels，保持默认的选择为Calculated然后在下拉式列表中选择 This Object。 ii. 单击Done来保存新的设置，关闭面板，并且更新图新显示。 (d) 使用鼠标左键在图形窗口中旋转视图并得到视图见图? 。 注意离墙体最近同时离风扇最远的PCB温度最低，表明空气流（和热流）在该处最强。 (e) 在Object face 面板，关闭Active选项并且单击 Done。 图 ： PCB上的温度分布云图 2. 创建穿过PCB的温度变量分布图。 Post Variation plot Orient Orient positive X 当前的视图为一个侧视图。这个视图会更好创建出变量分布图。 (a) 在Variation plot 面板上单击From screen按钮。 (b) 在图形窗口中使用鼠标左键单击PCB板中部的一个点。 在Variation plot 面板中的座标可能会与上图所示的面板中的数值有轻微的不同， 这主要是由于你点击鼠标的具体位置不同。 (c) 在Variation plot 面板中单击Create。 Variation of Temperature窗口将会出现。注意：距离风扇最近的两个PCB的温度要高于其它三个PCB。 (d) 当你检查结束之后，在Variation plot 面板中单击 Done。 3. 检查穿过Cabinet的空气粒子流动轨迹。 Post Object face Orient Isometric view (a) 在Object face面板中的Face name域，输入名称particle-trace。 (b) 在Object的下拉式列表中， 选择风扇，并且单击 Accept。 (c) 开启Show particle traces选项并单击Parameters。 Object face particles 面板将会打开。 i. 在Particle options中， 保持默认的数值 Start time为0， 改变End time为5， 和设定 时间增量（Time incr）为。 这将会把这段时间分成50 \"帧''，你可以将这些帧组成一个动画。 ii. 在style中，开启Particles选项，并且设置Dye trace为选择状态。 iii. 在Color levels中，保持默认的选择为Calculated然后选择This Object在下拉式列表中。 iv. 单击 Animate可以开始显示粒子流。 粒子轨迹的一帧见图? 。 图 ：从风扇到格栅的粒子轨迹图 v. 单击 Done可以关闭面板。 (d) 在Object face 面板，关闭Active选项并单击Done。 4. 显示在x-y截面上的速度矢量。 Post Plane cut Orient Home position (a) 在Plane cut 面板中的Name域内，输入名称velocity-vectors。 (b) 在Plane location中， 在Set position下拉式列表中选择Point and normal。 (c) 改变点( PX， PY， PZ)为 ( 0， 0， ， 和向量( NX， NY， NZ)为 ( 0， 0， 1)。 (d) 开启Show vectors选项。 (e) 单击Create。 速度矢量图见图? 。注意在Cabinet的侧壁上有格栅的一侧的流速较高同时在有风扇一侧的流速较低。 图 ： x-y截面上的流速矢量图 你可以使用在Plane cut 面板中 Plane location下的滑杆来移动模型中不同位置德 截面。 (f) 在Plane cut 面板中，关闭 Active选项。 5. 创建一个不同位置截面的速度矢量图动画。 (a) 单击Plane cut 面板中的New。 (b) 在Name域中，输入名称animated-cut。 (c) 在Set position旁边的下拉式列表中，选择Vertical-screen。 (d) 在图形窗口中相邻两个PCB之间单击一个点。 (e) 开启Show vectors选项。 (f) 单击 Animate来开始动画。 窗口将显示一个从左到右移动的y-z截面的16帧的动画。请注意观察动画移动到右端的格栅处矢量颜色的变化过程。 需要再次看动画，单击Plane cut 面板上的Animate。 总结 在这个教程中，你导入了一个IGES文件到Icepak中并且转换了CAD几何为Icepak的物体。你重新对齐了一些物体以符合被导入的几何，并且放缩了整个Icepak的模型。在问题求解之后，你发现了一些PCB板的温度要高于另一些， 并找到引起这一结果的原因在于通过Cabinet的空气的流向。 练习7 非连续网格 介绍 这个教程比较了在一个简单的针状散热器问题的连续网格和非连续网格的区别。 在这个教程里，你将会学到： 打开一个已经存在的 Icepak项目。 生成一个非连续网格（non-conformal mesh）。 生成并比较总结报告。 预备知识 这个教程认为你已经熟悉了Icepak中的菜单结构并且你已经求解并计算了教程1。 一些建模和求解的步骤将进行简单的描述。 问题描述 模型包括一个由铝材料制成的针状散热器，该散热器与一个发热量为10W的热源相连，见图 。这个热源和散热器部件位于一个风道的中央，风道的风速大约为s。环境温度为20℃，气流流态为湍流。 图 ： 问题描述 步骤1： 打开一个已经存在的项目 1. 复制文件 ICEPAK_ROOT /tutorials/non_conformal/ 到你的工作目录。ICEPAK_ROOT是你的Icepak安装路径 2. 启动Icepak，参见用户手册的§。 当Icepak启动后，New/existing 面板将会自动开启。 3. 单击New/existing 面板中的Unpack。 File Selection 面板将会出现。 4. 在File Selection 面板， 选择压缩的项目文件 并且单击 Open。 Location for the unpacked project File Selection对话框将会出现。 5. 在Location for the unpacked project File Selection对话框中，选择你放置压缩项目文件所在的目录，在New project文本域内输入一个项目名称然后单击 Unpack。 Icepak将会在图形窗口中显示一个针状散热器的模型。 你可以使用鼠标左键来使Cabinet绕着屏幕的中心旋转，或者使用鼠标中键改变视图的位置。你还可以使用鼠标右键来放缩Cabinet的大小。需要恢复为默认的视图，选择Orient 菜单中的Home position。 6. 保存这个题目到新的文件。 这将会允许你在不破坏原始文件的情况下继续分析问题。 File Save project as (a) 在Project文本框中， 输入名称non-conformal-new。 (b) 单击 Save。 步骤2： 创建一个结构化的网格 对于这个模型而言，你将首先建立一个结构化的网格。 1. 给模型创建一个结构化的网格。 Model Generate mesh (a) 在Mesh control 面板上，设置Max X size参数为 ， Max Y size参数为，Z size参数为。 Max (b) 在Global settings中，确认Mesh assemblies separately选项处于关闭状态。 (c) 单击 Generate mesh。 记录下单元的数量，最小的面扭曲率，和最差的长宽比。 2. 检查网格。 (a) 单击Display表单。 (b) 打开Cut plane选项。 (c) 在Set position 下拉式列表中， 选择 Y plane through center。 (d) 打开Display mesh选项。 网格显示为通过cabinet中心的x-z截面，见图?。注意在x方向和z方向上，散热器所导致的一系列密网格扩展到整个计算区域中。全部的网格单元数目大约为 35000。 图 ： 连续网格 3. 关闭网格显示。 (a) 取消选择Display mesh选项。 (b) 单击 Close可以关闭Mesh control 面板。 步骤3： 检查流动状态 在开始运算之前， 你必须先估计Reynolds和 Peclet数的值来确定模型中流体的流动状态。 1. 检查Reynolds and Peclet数的数值。 Solution settings Basic settings (a) 单击Reset按钮。 (b) 检查在Message窗口中显示的值。 显示为：The Reynolds and Peclet numbers are approximately 12600 and 8900， respectively，so the flow is turbulent。 (c) 单击 Accept 来保存求解器的设置。 步骤4： 保存模型到一个项目文件 Icepak将会在求解问题之前自动保存模型，但是还是建议你在求解之前自己手动保存模型 (包括网格)。如果你在计算之前退出Icepak，你可以打开曾经保存的项目文件并在将来用Icepak继续分析。 (如果你用当前的Icepak进程进行计算，Icepak在你手动存盘时将会覆盖你的项目文件。) File Save project 步骤5： 计算 1. 定义叠代步数。 Solution settings Basic settings (a) 增加Number of iterations 为200。 (b) 单击Accept。 2。 开始计算。 Solve (a) 定义 Solution ID为conformal。 Run solution (b) 单击Start solution开始进行计算。 计算将在70步左右达到收敛。注意，在不同的计算机上进行求解会出现不同的收敛步数。 步骤6： 检查结果 在这一步中，你将运用Icepak的总结报告工具得到散热器和热源模型的最高、最低温度的值。 Report 1. Summary report 定义一个显示散热器和热源温度的报告。 (a) 在Define summary report 面板中， 单击 New。 (b) 在Objects的下拉式列表中，选择并单击 Accept。 (c) 在Value的下拉式列表中，选择Temperature。 (d) 对重复步骤 (a)到 (c)。 (e) 单击Write就可以创建一个总结报表. Icepak将会打开一个Report summary data 面板，在这里，散热器和热源的最高、最低和平均温度将显示出来。 记录下最高温度大约为 C 2. 单击 Done可以关闭Report summary data 面板。 3. 单击 Close可以关闭Define summary report 面板。 步骤7： 对模型增加一个Assembly 你现在需要在散热器和热源的外部创建一个Assembly。这个assembly将会与其它模型分开独立创建网格. 1. 创建一个包括散热器和热源的Assembly。 (a) 单击 按钮可以创建一个新的assembly。 这将在Model manager窗口的Model节点中创建一个assembly节点。 一个Message窗口将会弹出，因为你将要改动目前的模型，在前一步得到的后处理数据将会无效。通过单击Ok按钮来关闭这个窗口。 (b) 在Model manager窗口中的Model节点下选择， 按住 按住鼠标左键， 拖拽树状结构中的两个高亮显示的元件到节点，然后松开鼠标左键。 2. 编辑assembly并且定义出边界。 (a) 在Model manager窗口 选择节点，然后单击 按钮可以打开 Assemblies 面板。 (b) 单击Properties 表单。 (c) 开启Mesh separately选项然后按照下表输入参数： Min X Min Y Min Z 0 Max X Max Y Max Z 这将会创建有边界的方形区域，这个区域在5个方向上要增大 m而在 MinY由于位于cabinet的边界上所以没有扩大。这个区域用来将你的Assembly和其它的模型分别划分不连续网格。新的模型见图? 。 (d) 单击 Done可以设置assembly的参数并且关闭面板。 图 ： 将散热器和热源做成Assembly的模型 步骤8： 创建一个不连续网格 你将会在散热器和热源组成的部件上创建一个不连续网格。这些不连续网格在Assembly的边界面上将会外部网格大于内部的情况。 1. 对模型创建不连续网格。 Model Generate mesh (a) 在Mesh control 面板中，设置参数Max X size为， Max Y size为， Max Z size为。 (b) 在Global settings中，开启Mesh assemblies separately选项。 (c) 单击 Generate mesh。 记录下单元的数量，最小的面扭曲率，和最差的长宽比。 2. 检查网格。 (a) 单击Display表单。 (b) 打开Cut plane选项。 (c) 在Set position 下拉式列表中， 选择 Y plane through center。 (d) 打开Display mesh选项。 网格显示为通过cabinet中心的x-z截面，见图?。注意在x方向和z方向上，散热器所导致的一系列密网格扩展到整个计算区域中。全部的网格单元数目大约为 25400，大约是连续网格数目的3/4。 图 ： Non-conformal Mesh 3. 关闭网格显示。 (a) 取消选择Display mesh选项。 (b) 单击 Close可以关闭Mesh control 面板。 步骤9： 保存模型到一个项目文件 Icepak将会在求解问题之前自动保存模型，但是还是建议你在求解之前自己手动保存模型 (包括网格)。如果你在计算之前退出Icepak，你可以打开曾经保存的项目文件并在将来用Icepak继续分析。 (如果你用当前的Icepak进程进行计算，Icepak在你手动存盘时将会覆盖你的项目文件。) File 步骤10： 计算 1. 定义迭代步数。 Save project Solution settings Basic settings (a) 增加Number of iterations 为200。 (b) 单击Accept。 2。 开始计算。 Solve (a) 定义 Solution ID为non-conformal。 (b) 单击Start solution开始进行计算。 Run solution 计算将在50步左右达到收敛。注意，在不同的计算机上进行求解会出现不同的收敛步数。 步骤11： 检查结果 在这一步中，你将运用Icepak的总结报告工具得到散热器和热源模型的最高、最低温度的值。 Report 1. Summary report 定义一个显示散热器和热源温度的报告。 (a) 在Define summary report 面板中， 单击 New。 (b) 在Objects的下拉式列表中，选择并单击 Accept。 (c) 在Value的下拉式列表中，选择Temperature。 (d) 对重复步骤 (a)到 (c)。 (e) 单击Write就可以创建一个总结报表. Icepak将会打开一个Report summary data 面板，在这里，散热器和热源的最高、最低和平均温度将显示出来。 记录下最高温度大约为 C，相对于20 C的环境温度提高了 C。计算结果与连续网格的结果相同 2. 单击 Done可以关闭Report summary data 面板。 3. 单击 Close可以关闭Define summary report 面板。 总结 在这个教程中，你对一个简单的散热器和热源组成的模型，创建了连续网格和非连续网格，并且比较了两种网格的数目和计算结果。虽然非连续网格比连续网格的单元数目减少了25％，但是在求解结果的温度值仍然保持相同。 练习8 Zoom-in建模 介绍 这个教程检查了远程通信架模型的温度分布和流动特征，并且比较了局部化的zoomed-in的模型结果。 在这个教程中，你将会学到： 打开一个已经存在的 Icepak项目 定义收敛标准和收敛因子 创建一个 zoom-in 模型 对模型物体进行编组和复制操作 创建一个粒子迹线的动画 预备知识 这个教程假定你已经熟悉了Icepak的菜单结构并且你已经阅读并实践了教程1。 一些建模和求解的步骤将进行简单的描述。 问题描述 这个远程通信架模型包括了六个风扇，十个印制电路板(PCBs)，和一些阻尼和开孔。所有的PCB板上布置了相同的元件和发热功率，每个PCB的发热功率为30W。 这个模型在Icepak中将每一块PCB板进行简化为2个平板模型- 一个平板表示主板，另一个表示主板上安装的元件。每个元件平板的厚度都等于安装在PCB板上的所有元件的平均高度，并且每个元件平板的发热量均为30 W。 图 ： 问题描述 步骤1： 打开一个存在的项目 1. 复制文件 ICEPAK_ROOT /tutorials/rack/ 到你的工作目录。 ICEPAK_ROOT是你的Icepak安装路径 2. 启动Icepak， 参见用户手册的§ 。 当Icepak启动， New/existing对话框将自动出现 3. 单击New/existing 面板中的Unpack。 File Selection 面板将会出现。 4. 在File Selection 面板， 选择压缩的项目文件 并且单击 Open。 Location for the unpacked project File Selection对话框将会出现。 5. 在Location for the unpacked project File Selection对话框中，选择你放置压缩项目文件所在的目录，在New project文本域内输入一个项目名称然后单击 Unpack。 Icepak将会在图形窗口中显示一个远程通信架的模型。 你可以使用鼠标左键来使Cabinet绕着屏幕的中心旋转，或者使用鼠标中键改变视图的位置。你还可以使用鼠标右键来放缩Cabinet的大小。需要恢复为默认的视图，选择Orient 菜单中的Home position。 6. 保存这个题目到新的文件。 这将会允许你在不破坏原始文件的情况下继续分析问题。 文件 (a) 在Project文本框中， 输入名称rack。 (b) 单击 Save。 Save project as 步骤2：创建网格 对于这个模型， 你只需要一个步骤就可以完成创建网格，因为默认的网格参数已经很好的解决了近距物体面之间的流动物理问题。 Model 1. Generate mesh 对模型创建网格。 (a) 在Mesh control 面板中， 设置参数Max X size， Max Y size， Max Z size为。 (b) 在 Mesh parameters 下拉式列表中， 选择 Coarse。 (c) 改变Max size ratio的数值为3。 (d) 改变Max O-grid height的数值为。 (e) 打开Object params 选项并且单击 编辑。 Icepak将会打开Per-object meshing parameters 面板，在这里你需要定义Object-specific meshing parameters参数到一个block，两个openings，和所有的plates。 (f) 对openings设置Object-specific meshing parameters。 i. 在Per-Object meshing parameters 面板中， 选择 。 ii. 按住 Per-Object meshing parameters 面板将会自动打开，你可以在这里设置Object-specific meshing parameters参数。 iii. 打开Use per-Object parameters选项。 iv. 打开Y count 并在Requested中输入10。 (g) 对平板设置Object-specific meshing parameters。 i. 在Per-Object meshing parameters 面板中， 选择 。 ii. 按住 打开 Use per-object parameters选项。 iv. 打开Low end height并在Requested中输入。 v. 打开High end height并在Requested中输入。 (h) 对块设置Object-specific meshing parameters。 i. 在Per-Object meshing parameters 面板中， 选择 。 ii. 打开 Use per-object parameters选项。 iii. 打开Y count 并在Requested中输入4。 (i) 在Per-Object meshing parameters 面板中， 单击 Done保存所有的Object-specific meshing parameters同时关闭面板。 (j) 在Mesh control 面板中， 单击 Generate mesh。 2. 检查模型的截面网格。 (a) 在Mesh control 面板上单击Display 表单。 面板将会更新为显示网格的工具。 (b) 打开 Cut plane选项。 (c) 在Set position 下拉式列表中， 选择 Point and normal。 (d) 显示x-y截面的网格。 i. 保持默认的参数 ( PX， PY， PZ) 为( 0， 0， ， ( NX， NY， NZ)为 ( 0， 0， 1)。 这个设置将会显示通过点 (0， 0， 的x-y截面的网格。 ii. 打开Display mesh 选项。 垂直于平板的网格截面，见图? 。 图 ： 垂直于平板的网格截面 iii. 使用Plane location下的滑杆去移动模型的截面。 3． 关闭网格显示。 (a) 取消选择Display mesh选项。 (b) 单击Close可以关闭Mesh control 面板。 步骤3： 检查流动状态 在开始运算之前， 你必须先估计Reynolds和 Peclet数的值来确定模型中流体的流动状态。 1. 检查Reynolds and Peclet数的数值。 Solution settings Basic settings (a) 单击Reset按钮。 (b) 检查在Message窗口中显示的值。 显示为：The Reynolds and Peclet numbers are approximately 75000 and 53000， respectively，so the flow is turbulent。 (c) 单击 Accept 来保存求解器的设置。 2. 设置为湍流模型。 Problem setup Basic parameters (a) 在Problem setup 面板， 在Flow regime中选择 Turbulent。 (b) 保持默认的Zero equation湍流模型。 (c) 单击Accept来保存设置。 3. 返回到Basic settings面板，并单击 Reset，然后单击Accept。 步骤4： 保存模型到一个项目文件 Icepak将会在求解问题之前自动保存模型，但是还是建议你在求解之前自己手动保存模型 (包括网格)。如果你在计算之前退出Icepak，你可以打开曾经保存的项目文件并在将来用Icepak继续分析。 (如果你用当前的Icepak进程进行计算，Icepak在你手动存盘时将会覆盖你的项目文件。) File Save project 步骤5： 计算 1. 定义叠代步数。 Solution settings Basic settings (a) 增加Number of iterations 为200。 (b) 在 Convergence criteria中，设定Energy的值为1e-7。 (c) 单击Accept。 2. 定义求解器的参数。 Solution settings Advanced settings (a) 按照如下数值输入收敛因子： Pressure： Momentum： 对Temperature， Viscosity和Body forces保持原来的数值。 (b) 单击 Accept来保存对求解器参数的设置。 偶尔，需要将关于Pressure 和 Momentum的收敛因子分别设置为 和， 这样可以使计算更容易达到收敛。 3. 开始计算。 Solve (a) 定义 Solution ID为rack。 (b) 单击Start solution开始进行计算。 Run solution 计算将在90步左右达到收敛。注意，在不同的计算机上进行求解会出现不同的收敛步数。 步骤6： 检查结果 在这一步，你将会使用Icepak的图形后处理工具，去检查远程通信架模型的温度及流场分布。 1. 显示一组plates的温度云图。 Post Object face (a) 在Object下拉式列表中，滚动列表并选择 然后单击 Accept。 (b) 打开Show contours选项并单击Parameters。 Object face contours 面板将会打开。 (c) 在Object face contours面板中，在Contours of 下拉式列表中保持默认的选择为Temperature。 (d) 对于 Shading options，保持默认的选择为 Banded。 (e) 在Level spacing 下拉式列表中，保持默认的选择为Fixed。 (f) 在Number域中，输入20。 (g) 对于Color levels，保持默认的选择为Calculated然后在下拉式列表中选择 This Object。 (h) 单击Done来保存新的设置，关闭面板，并且更新图新显示。 图? 显示在平板上的温度云图。在平板上温度分布的定义域大约为 25 C到 32 C。 图 ： 模型中平板上的温度分布云图 (i) 关闭Show contours选项并单击 Update。 这将暂时的在图形窗口中去掉刚才生成的云图，这样你可以更容易看清下一个需要作后处理的物体。 2. 显示远程通讯架模型的粒子轨迹图。 (a) 在Object face 面板中单击 New 可以创建一个新的后处理图形。 (b) 在Object下拉式列表中，滚动列表中的物体， 选择 ， ?按住 开启Show particle traces选项并单击Create。 (d) 单击Parameters 按钮 在Show particle traces选项的后面。 Object face particles 面板将会打开。 (e) 打开在Display options中的Uniform选项。 (f) 在Object face particles 面板中 ，打开Display options下的Uniform 选项，并且在文本框中输入50。 (g) 在Animation下，打开Loop mode选项。 (h) 在Color levels中，保持默认的选择为Calculated然后选择This Object在下拉式列表中。 (i) 单击 Animate可以开始显示粒子流 (j) 在Icepak窗口的右上角，单击红色的Interrupt 按钮可以停止目前的动画。 (k) 单击 Done可以关闭面板。 (l) 关闭Show particle traces选项并单击 Update。 这将暂时的在图形窗口中去掉刚才生成的云图，这样你可以更容易看清下一个需要作后处理的物体。 (m) 单击 Done可以关闭面板。 3。 显示在Z中点截面上的速度矢量。 Post Plane cut (a) 保持默认的Z plane through center。 (b) 打开Show vectors选项并单击创建。 (c) 单击 Animate看动画。 (d) 在Icepak窗口的右上角，单击红色的Interrupt 按钮可以停止目前的动画。 (e) 关闭Show vectors选项并单击 Update。 4. 显示在X中点截面上的速度矢量。 (a) 在Plane cut 面板单击 New可以创建一个新的后处理图形。 (b) 选择 X plane through center。 (c) 打开Show vectors选项并单击创建。 (d) 单击 Animate看动画。 (e) 在Icepak窗口的右上角，单击红色的Interrupt 按钮可以停止目前的动画。 (f) 关闭Show vectors选项并单击 Update。。 (g) 单击 Done可以关闭面板。 步骤7： 创建一个Zoom-In 模型 一个 zoom-in模型允许你关注一个大模型中的局部情况。这种聚焦允许你增加更为详细的模型和获取更为准确的结果，但却没有增加整个系统的题目规模。在这一步中，一将会创建一个Zoom-in模型，去关注远程通信架模型中的一对平板。Icepak将会将你的Zoom-in模型单独保存到新的项目文件中，以便于今后的进一步分析。 Post Create zoom-in Model 注意在图形窗口中所出现的zoom-in对话框。 这个对话框定义了zoom-in 模型的边界。你可以将包围了和 的区域作为 zoom-in的边界。 1。 在 Zoom-in Modeling 面板中， 保持默认的Zoom-in project名称为 并且保持默认的Solution ID名称为rack。 2. 按照下表输入新的模型边界值： Min X Max X Min Y Max Y Min Z Max Z zoom-in 模型的一个重要特点就在于，Zoom-in的模型边界可以定义为进口、出口或者墙体。这样允许Zoom-in模型可以利用在上一级模型中的求解结果来作为新模型的外部边界条件。 3. 保持默认的Inflow边界类型为Min X， Max X，和Min Y。 4. 选择 Outflow 作为 Max Y的边界类型。 5. 选择 Wall作为 Min Z的边界类型。 6. 选择 Wall作为Max Z的边界类型。 7. 单击 Accept可以设置zoom-in 模型的值并关闭面板。 Icepak 将会开始创建一个 zoom-in 模型并在Message window中显示处相应的消息。 步骤8： 打开Zoom-in 模型的项目文件 1. 在Icepak中打开Zoom-in的项目文件。 File 2. Open project 在Open project 面板中， 选择项目文件 并且单击 Open。 Icepak将会在图形窗口中显示zoom-in模型。 图? 显示了 zoom-in 模型的正等测视图。 图 ： 远程通信架的Zoom-In 模型 3. 保存zoom-in 模型为一个新的项目文件。 文件 (a) 在Project文本框中，输入名称。 (b) 单击 Save。 Save project as 步骤9： 编辑Zoom-in 模型 原始的远程通信架的模型将PCb上的元件简化为一个导热厚板（conducting thick plate），其发热量为30W。 在这一步中，Zoom-in模型将会建立更为详细的模型并由此得到更为精确的结果。你将用10个小的导热厚板来代替原来的一个导热厚板，其中每个小导热板均代表PCB上的计算机芯片，每个发热量为。 1. 用芯片来替换原来的发热平板。 (a) 在?Model manager window中单击 物体， 然后单击 按钮去开启Plates 面板。 (b) 将平板物体的名称从 改为chip。 (c) 单击Geometry 表单。 (d) 在Specify by 下拉式列表中， 选择 Start/length。 (e) 输入yL值为?m。 (f) 输入zL值为?m。 (g) 单击Properties 表单。 (h) 将 Total power从?W 改为?W。 (i) 单击 Done改变设置并关闭Plates 面板。 注意你只建立了一个小的芯片，你还需要作一个复制工作来创建所有的芯片。 2. 对chip作两个额外的复制。 (a) 在Model manager window中， 选择chip。 (b) 单击 按钮。 Copy plate chip 面板将会打开。 (c) 在Number of copies中输入2。 (d) 打开Transform选项并定义Z offset为?m。 (e) 单击 Apply。 3. 创建剩余的芯片。 (a) 创建包括三个芯片的一个组。 Edit Current group Create Query对话框将会打开。 i。 在Query对话框中，输入chips作为组的名称。 ii. 单击 Done。 iii. 在Model manager window中，单击Groups下方的加号。 iv. 右键单击chips并且选择 Add Name/pattern在下拉式菜单中。 Query对话框将会打开。 v. 在Query对话框中，在Pattern for Objects to add文本框中输入chip*。 vi. 单击 Done。 chip， ，和增加一个组。 (b) 对这个组作三个复制。 i. 在Model manager window中， 选择Group中的chips。 ii. 右键单击chips并且选择Copy group。 Copy group chips 面板将会打开。 iii. 在Number of copies中输入3。 iv. 打开Transform选项并设置 Y offset为?m。 v. 单击 Apply。 将会显示出完成的十二个芯片。 模型中实际因该为10个芯片，所以应当删除掉多余的两个芯片 (c) 删除其中的两个芯片。 i. 在Model manager window中， 选择 物体，按住 按钮。 (d) 创建一个包括所有芯片的组。 i. 在Model manager window中，单击Groups中的加号。 ii. 右键单击chips并且选择 Add Name/pattern在下拉式菜单中。 Query对话框将会打开。 iii. 在Query对话框中，在Pattern for Objects to add文本框中输入chip*。 iv. 单击 Done。 所有的芯片都位于该组中，图? 为正等测视图。 图 ： 改进的Zoom-In 模型 步骤10： 对Zoom-In 模型创建网格 对于 zoom-in模型，你只需要一个步骤就可以完成创建网格，因为默认的网格参数已经很好的解决了近距物体面之间的流动物理问题。 Model 1. Generate mesh 对zoom-in 模型创建网格。 (a) 在Mesh control 面板中， 设置参数 Max X size为， 并且设置Max Y size和Max Z size为 。 (b) 确定Max size ratio 值为 3。 (c) 改变 Max O-grid height 的值为 。 (d) 关闭Object params 选项。 (e) 在Mesh control 面板中单击Generate mesh按钮。 2. 检查 zoom-in 模型所有物体上的网格。 (a) 在Mesh control 面板中单击Display 表单。 面板将会更新为显示网格工具。 (b) 选择 Surface 并且选择 All Objects。 (c) 开启Display mesh选项。 所有物体上的网格见图? 。 图 ： Zoom-in 模型所有物体上的网格 3。 关闭网格显示。 (a) 取消选择Display mesh选项。 (b) 单击Close可以关闭Mesh control 面板。 步骤11：保存Zoom-in模型到一个项目文件 Icepak将会在求解问题之前自动保存模型，但是还是建议你在求解之前自己手动保存模型 (包括网格)。如果你在计算之前退出Icepak，你可以打开曾经保存的项目文件并在将来用Icepak继续分析。 (如果你用当前的Icepak进程进行计算，Icepak在你手动存盘时将会覆盖你的项目文件。) File Save project 步骤12： 计算Zoom-In 模型的结果 zoom-in模型是基于系统级模型的求解结果。所有的结果和问题都已经定义好。 1. 开始计算。 Solve (a) 单击Start solution开始进行计算。 Run solution 计算将在150步左右达到收敛。注意，在不同的计算机上进行求解会出现不同的收敛步数。 步骤13： 检查Zoom-in 模型的结果 在这一步，你将检查zoom-in 模型的温度和流场分布。 1. 显示芯片的温度云图。 Post Object face (a) 在Object下拉式列表中，滚动列表并选择 Chips Group然后单击 Accept。 注意： 你需要滚动列表并且打开 Groups的节点才能看到chips组。 (b) 打开Show contours选项并单击Parameters。 Object face contours 面板将会打开。 (c) 在Object face contours面板中，在Contours of 下拉式列表中保持默认的选择为Temperature。 (d) 对于 Shading options，保持默认的选择为 Banded。 (e) 在Level spacing 下拉式列表中，保持默认的选择为Fixed。 (f) 在Number域中，输入25。 (g) 对于Color levels，保持默认的选择为Calculated然后在下拉式列表中选择 This Object。 (h) 单击Done来保存新的设置，关闭面板，并且更新图新显示。 图? 显示在平板上的温度云图。在平板上温度分布的定义域大约为 28 C到 36 C。 比较系统级的计算结果，zoom-in模型的结果对于单独的PCB而言要更为准确。 图 ： 芯片元件上的温度分布云图 (i) 关闭Show contours选项并单击 Update。 2. 显示zoom-in模型的粒子轨迹图。。 (a) 在Object face 面板中单击 New 可以创建一个新的后处理图形。 (b) 在Object下拉式列表中，滚动列表中的物体， 选择side_opening。miny， 然后单击 Accept。 (c) 开启Show particle traces选项并单击Create。 (d) 单击Parameters 按钮 在Show particle traces选项的后面。 Object face particles 面板将会打开。 (e) 在Object face particles 面板中 ，打开Display options下的Uniform 选项，并且在文本框中输入100。 (f) 在Animation下，打开Loop mode选项。 (g) 在Color levels中，保持默认的选择为Calculated然后选择This Object在下拉式列表中。 (h) 单击 Animate可以开始显示粒子流 (i) 在Icepak窗口的右上角，单击红色的Interrupt 按钮可以停止目前的动画。 (j) 单击 Done可以关闭面板。 (k) 单击 Done可以关闭Object Face面板。 总结 在这个教程中，你研究了一个相同模型在不同的形式下的温度分布和流场特征。首先，你研究了远程通信架模型的系统级分析，这个模型包括了十个单独的PCB板。然后你研究了zoom-in模型，这个模型聚焦到其中的一个PCB板并将这块PCB板进一步详细化为若干个芯片。虽然在温度分布两者相差无几，但zoom-in的模型可以得到更为详细的温度云图分布。因此，zoom-in模型在允许你研究大系统中的小局部的同时，没有增加整个系统的网格数目，从而大大节省了分析所花费的时间。 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容