Icepak高阶建模教程
2024年icepak培训教程(增加特殊条款)

icepak培训教程(增加特殊条款)Icepak培训教程1.引言Icepak是一款强大的电子系统热分析软件,广泛应用于电子产品的热设计、热测试和热优化。
本教程旨在帮助初学者快速掌握Icepak的基本操作,并能够独立完成电子系统的热分析。
2.Icepak安装与启动2.1软件安装在开始使用Icepak之前,请确保您的计算机满足软件的最低系统要求。
从Ansys官方网站Icepak安装包,并按照提示完成安装。
2.2启动软件安装完成后,双击桌面上的Icepak快捷方式,启动软件。
软件启动后,您将看到一个欢迎界面,在此可以选择新建项目或打开现有项目。
3.Icepak基本操作3.1创建项目“新建项目”按钮,在弹出的对话框中输入项目名称和保存路径,“确定”创建项目。
在Icepak中,项目文件以.iproj为扩展名保存。
3.2创建几何模型(1)导入CAD文件:“导入CAD”按钮,选择相应的CAD文件,导入到Icepak中。
(2)手动绘制:“绘制”按钮,选择相应的绘图工具,如矩形、圆形等,手动绘制几何模型。
(3)参数化建模:通过输入关键参数,快速几何模型。
3.3创建网格在Icepak中,网格是进行热分析的基础。
创建网格的步骤如下:(1)选择“网格”菜单下的“创建网格”命令。
(2)设置网格参数,如网格类型、网格大小等。
(3)“网格”按钮,网格。
3.4添加边界条件在Icepak中,边界条件用于模拟实际环境中的温度、热流等。
添加边界条件的步骤如下:(1)选择“边界条件”菜单下的相应命令,如“温度”、“热流”等。
(2)在弹出的对话框中设置边界条件参数。
(3)将边界条件应用到几何模型上。
3.5设置求解器参数在Icepak中,求解器参数用于控制热分析的求解过程。
设置求解器参数的步骤如下:(1)选择“求解器”菜单下的“求解器参数”命令。
(2)在弹出的对话框中设置求解器参数,如求解器类型、迭代次数等。
(3)“确定”按钮,保存设置。
Icepak培训中文教程pdf

菜单栏
包含文件、编辑、视图、工具、窗 口和帮助等菜单项;
工具栏
提供常用命令的快捷方式,如新建、 打开、保存、打印等;
界面布局及功能区域划分
01
02
03
项目树
显示当前打开的项目结构, 方便用户管理和导航;
属性窗口
显示选中对象的属性信息, 如几何、材料、边界条件 等;
图形窗口
用于显示和编辑三维模型 及分析结果。
数据提取与整理
用户可学习如何从模拟结果中提取所需数据,并进行整理、分析和 解释,以便在报告中呈现关键信息。
自动化报告生成
通过脚本编程或宏命令,用户可实现报告的自动化生成,大大提高 工作效率和准确性。
06
高级功能应用与拓展
多物理场耦合分析方法
热电耦合分析
研究电子设备在热场和电场共同作用下的性能表 现。
边界条件设置
根据实际问题准确设置边界条件,如温度、速度、压力等,以保证 计算结果的准确性。
求解器参数调整
根据问题类型和计算需求,调整求解器的参数设置,如松弛因子、迭 代步数等,以加速收敛和提高计算效率。
提高求解效率方法探讨
并行计算
利用多核CPU或GPU进 行并行计算,显著提高
计算速度。
算法优化
采用更高效的数值算法 和计算方法,减少计算
三维模型。
先进的网格技术
采用自适应网格技术,能够在 保证计算精度的同时提高计算
效率。
丰富的物理模型
内置多种物理模型,如热传导、 热对流、热辐射等,能够准确
模拟电子设备的热行为。
高效的求解器
采用先进的数值求解算法,能 够快速准确地求解电子设备热
分析问题。
应用领域与案例分析
Icepak高级建模教程

传热的方式
• 对流可以是:
– 自然对流 – 强迫对流
• 辐射是发生在两种没有直接接触的表面的传热:
– 能量以电磁波的形式发射出去 – 所有高于0 K的物体都有热辐射 – 几乎所有热辐射发生在红外波长范围(0.1 to 100 micron) – 能量传递率取决于表面条件(发射率)及物体间的位置分布
Introduction
热管理
• 电子线路板产生的热与其效率成反比 • 没有转换成有用的电磁功率的功率以热的形式散失到周围
的环境
• 热耗包括:
– 焦耳热(I2R) – (电源)Power supply
• 半导体设备的工作环境温度直接影响到它的可靠性
热管理
• 实际上,所有电子失效的机理都是由于封装温度升高引起 的: – TCE不匹配引起的热应力 Stresses due to TCE mismatch – 腐蚀 Corrosion – 电子移动 Electro-migration – 氧化物分解 Oxide breakdown – 电流泄漏 Current leakage (which doubles with every 10 c in active devices) – 电性能下降 Degradation in electrical performance (due to change in device parameters)
冷却方法
• 微通道冷却是一种用于处理在热耗元件上紧密排列的微小 翅片的散热的方法
– 冷却剂可以是液体也可以是流体
• 热电冷却器是一种固体的热泵,没有移动的部分或是工作流 体
Icepak培训教程

汽车工业
如电动汽车电池热管理、汽车空调系统等,Icepak可帮 助设计师优化热管理系统,提高汽车的舒适性和安全性。
案例分析
以某型服务器为例,通过Icepak建模和仿真,发现服务 器散热性能不足的问题,并提出改进方案,最终提高了服 务器的散热效率和稳定性。
02
Icepak基本操作
软件安装与启动
安装步骤
06
高级功能应用
多物理场耦合分析
热流固耦合分析
考虑热、流体和固体之间的相互 作用,精确模拟复杂系统的热性
能。
热电耦合分析
结合热传导和电传导理论,分析 电子设备热设计中的热电效应。
热光耦合分析
研究光学元件在热环境下的性能 变化,优化光学系统的热设计。
参数化设计与优化
参数化建模
灵敏度分析
通过定义设计变量和约束条件,实现 模型的参数化表达,提高设计效率。
各种热现象。
高效的求解器
采用先进的数值算法, 可实现大规模问题的快
速求解。
易于使用的界面
提供直观的用户界面和 丰富的后处理功能,方 便用户进行分析和优化
。
应用领域与案例分析
电子设备热设计
如服务器、数据中心、通信设备等,通过Icepak可优化 设备的散热性能,提高设备的可靠性和寿命。
航空航天领域
如飞机发动机、航天器等,Icepak可模拟极端环境下的 热性能,确保设备在恶劣条件下的正常工作。
提供常用命令的快捷按钮,如新建、打开、保存 、打印等。
模型树
显示当前打开的模型结构,方便用户快速定位和操 作。
属性窗口
显示选中对象的属性信息,如尺寸、材料、边界 条件等。
图形窗口
用于显示和编辑三维模型,提供多种视图和渲染效果。
Icepak高级培训教材

Introduction
简介
The Case for Thermal Management
• • • •
The heat generated in an electronic circuit is inversely proportional to the efficiency of the circuit
Cooling Methods
•
Types of cooling methods:
散热方法种类:
– Natural convection air cooling 自然对流 – Forced air cooling 强迫对流 – Immersion liquid cooling 浸润冷却 – Boiling 蒸发冷却 – Heat pipes 热管 – Cold plates 冷板 – Thermoelectric coolers 热电冷却 – Microchannel cooling 微通道冷却 – Microjet 微喷射冷却
– Moving towards system-on-chip technology
Packages are dissipating more power 功耗增加 Operating junction temperature remains fixed 工作的温度保持不变
– 55 C for commodity and handheld devices 生活用品55C – 125 C for automotive systems 汽车系统125C
Course Outline
13. Cold Plates 冷板 14. Transformers 变压器 15. Flow Baffles 气流挡板 16. Wall Effects 壁的效果 17. External Coolers/Heaters 外部冷却器/加热器 外部冷却器 加热器 Exercises: 练习: 练习: 1. PBGA Model PBGA 模型 2. Selecting a Heat Sink 选择散热器 3. Modeling TEC 热电冷却器模型 4. Selecting a Baffle 选择挡板 5. Modeling External Coolers 外部冷却器建模
Icepak使用手册模型参数化

28。
模型的参数化Icepak可以让你通过将模型参数化,来确定各个实体的大小以及其他的特性参数对计算结果的影响。
参数化的方法将在以下几个章节中说明:•28。
1 参数化概述•28。
2 在输入框中定义参数•28。
3 设置复选框•28。
4定义单选按钮参数(选项参数)•28。
5通过Parameters and optimization面板定义参数(设计变量)•28.6 删除参数•28.7 定义试验方案•28。
8 运行试验方案•28。
9 函数报告和函数图像28。
1 参数化概述热设计的过程是通过预估各种可变参数的不同搭配的结果,从而确定一种最合适的方案,来满足设备的基本需要(例如, 最小的机柜规格,能使系统处以特定温度的最低风扇转速,最小的通风开口以及恰当的热沉类型和尺寸)这就需要设计者通过计算不同参数组合下的结果来确定最优的方案。
通过研究这些组合的计算结果,你可以知道它们是如何影响系统性能的,从而优化模型的设计。
Icepak提供了一个便捷的研究环境,这使得设计者可以在同一个模型中研究在一个范围内变化的几何尺寸、坐标、边界条件(例如:通风机的特性曲线和压力损失系数)和材料属性等参数对系统的影响。
之后Icepak就可以利用求解器来计算你选择的各种试验方案。
这就节省了分别建造或分析每个模型和依次计算参数连续变化的各种试验方案的时间.Icepak中的参数是数字或者字符串常量,你可以用它们来取代实际的数字,这样就能轻松的改变它们的值来模拟不同的设计方案。
例如:如果你想将一个通风机的流量设为0.01,就可以定义一个名为flowrate的参数并将其值置为0。
01。
你可以给一个参数指定多个值来对你的模型进行试验计算.每个试验方案都是一系列参数的组合,这样便可以对模型进行多次计算。
此外,不同的设计方案还可以通过参数化的单选框和复选框进行参数检测.比如,在设计时,将热沉类型由压铸型改为针翅热沉的效果,可通过打开和关闭合适的热沉进行两次试验来检测。
Icepak培训教程-中文

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 1.2.1所示.1.3 软件功能所有的功能均在Icepak界面下完成。
1.3.1 总述鼠标控制的用户界面o鼠标就能控制模型的位置,移动及改变大小o误差检查∙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 grilles1.3.6 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。
Icepak培训中文教程版pdf

04
后处理与可视化技术
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
后处理工具介绍及使用方法
后处理工具概述 介绍Icepak中集成的后处理工具, 如数据提取、图像处理、动画生 成等功能。
动画生成 演示如何创建仿真结果的动态展 示,包括旋转、缩放、平移等操 作,以便更直观地观察和分析。
数据提取 详细讲解如何从Icepak仿真结果 中提取关键数据,如温度、流速、 压力等,并导出为CSV或Excel格 式。
图像处理 介绍如何利用后处理工具对仿真 结果进行图像处理,如色彩映射、 等值线生成、透明度调整等。
数据可视化技巧与实例展示
数据可视化技巧
分享数据可视化的基本原则和技巧,如选择合适的图表类型、调整色 彩和布局、添加标签和注释等。
结果分析与报告生成
01
结果分析方法
介绍常用的结果分析方法,如对 比分析、趋势分析、敏感性分析 等,以帮助用户深入理解仿真结 果。
02 报告生成流程
详细阐述从仿真结果到报告生成 的整个流程,包括数据整理、图 表制作、文本编辑等步骤。
03
报告内容与格式
提供报告编写的建议和范例,包 括标题、摘要、目录、正文(包 括图表和数据分析)、结论与建 议等部分。同时给出常见的报告 格式要求,如Word、PDF等。
04
注意事项与常见问 题
列出在结果分析和报告生成过程 中需要注意的事项和可能遇到的 问题,并提供相应的解决方案或 பைடு நூலகம்议。
05
散热设计案例分析
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
电子设备散热设计案例
1 2
手机散热设计 针对手机的高集成度和紧凑空间,通过合理的热 设计和散热材料选择,实现高效散热并降低温度 波动。
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The Case for Thermal Management
• Virtually all electronic failure mechanisms are
enhanced by the increase in package temperature:
The Case for Thermal Management
10
200
20 30
Inc3793r00ease in Failure Rate with Temperature
40 1310 (from a base temperature of 50 C)
50
2280
60
3860
Increase in Failure, %
Introduction
The Case for Thermal Management
• The heat generated in an electronic circuit is inversely
proportional to the efficiency of the circuit
• The power that is not converted to perform useful
Cooling Methods
• Types of cooling methods:
– Natural convection air cooling – Forced convection air cooling – Immersion liquid cooling – Boiling – Heat pipes – Cold plates – Thermoelectric coolers – Microchannel cooling – Microjet
– Typical applications include mainframe computers,
supercomputers, high-power transmitters, etc.
• Boiling heat transfer is the absorption of heat by a boiling fluid and is used for high power applications
– Stresses due to TCE mismatch – Corrosion – Electro-migration – Oxide breakdown – Current leakage (which doubles with every 10 c in active
devices)
– Degradation in electrical performance (due to change in
device parameters)
The Case for Thermal Management
• The rate of failure of electronic packages is directly
proportional to heat and increases exponentially with the maximum temperature of the package
Component
Temperature = 25C Temperature = 75C
Thick film resistor
5
15
Chip capacitor
10
25
Power transistor
50
300
Diode
1
9
Logic ICs - SSI
125
1125
Logic ICs - MSI
250
Course Outline
17. Wall Effects 18. External Coolers/Heaters
Case Studies: 1. Mesh Refinement 2. Modeling PBGA 3. Selecting Heat Sink 4. Spreading Resistance 5. Effect of Radiation 6. Sealed Systems 7. Modeling TEC 8. Selecting Baffles I 9. Selecting Baffles II 10. Modeling Data Center
electromagnetic work is lost in the form of heat to the surroundings
• The power wasted as heat includes:
– Joule heating (I2R) loss – Power supply
• The reliability of a semiconductor device is directly
• Budget per watt of heat removal is decreasing
Packaging Trends
Package Power Projection Trends (Watts)
Market Application Year 1998-2000 Year 2001-2003 Year 2004-2006
2250
Logic ICs - LSI
500
4500
Source: C.A. Harper, Handbook of Thick Film Hybrid Microelectronics
The Case for Thermal Management
Major Causes of Electronic Failure
Commodity
1
1
1
Hand-Held
2
2
2
Cost/Performance
18
22
28
High Performance
100
120
140
Harsh
3
3
3
Environment
Source: Sandia National Laboratories
Commodity: Low cost (<$300) consumer products Hand-Held: Battery powered (<$1000) products such as cellular, etc. Cost/Performance: Maximum performance with cost limit (<$300) (Notebooks, etc.) High Performance: Performance is the primary driver (Servers, Avionics, etc.) Harsh Environment: Automotive, Military, etc.
2500
2000
1500
1000
500
0
10
20
30
40
50
Temperature Rise, C
The Case for Thermal Management
The Effect of Package Temperature on Failure
(Number of failures after 1000 hr of operation per million units)
– the coolant can be liquid or gas
• Thermoelctric coolers are solid state heat pumps that do not have any moving parts nor any working fluid
– They move heat from one location to another through the Peltier effect
Advanced Thermal Modeling
Course Outline
1. Introduction 2. CFD Basics 3. Printed Circuit Boards 4. IC Packages 5. Heat Sinks 6. Interface Resistance 7. Fans, Impellers and Blowers 8. Altitude Effects 9. Flow Resistances 10. Radiation 11. Heat Pipes 12. Joule Heating 13. Thermoelectric Coolers 14. Cold Plates 15. Transformers 16. Flow Baffles
• Heat pipes are devices that provide a passive method of transferring heat from one area to another
– Moving towards system-on-chip technology
• Packages are dissipating more power • Operating junction temperature remains fixed
– 55 C for commodity and handheld devices – 125 C for automotive systems
• Natural convection air cooling is used for low power
applications
– It is the simplest and cheapest cooling method available