在 Icepak 中建立一款太阳花散热器模型的介绍
Icepak介绍
Tcase1
Tcase2 68.55 69.16 68.95 71.21 67.00 68.74 66.17 69.01 68.22 70.72 H.P.2 57.93 54.10 55.02 56.64 53.72 52.11 52.23 53.48 56.02 56.67
20%
1999 2000
2001
2002 2003 plan
– Intel 有70-80个seats
– Motorola有超过80%的工程师使用Icepak
– Cisco有超过50%的工程师使用Icepak
Technology Leadership Icepak Product Evolution
Avionics, Defense & Government
– BAE, Northrop Grumman, General Dynamics, Lockheed Martin, NASA, DOD, DRS, Dy4, NRL, UTC-Hamilton Sundstrand, Westinghouse Bettis, Andrew, Boeing, Honeywell, Saab, TRW, ITT
Icepak 用户界面—完全windows风格
project label main menu shortcuts toolbar m o d e l t o o l b a r
graphic display area
global coordinate axes
model tree
messages
object geometry
Nonconformal Interface
Conformal 160,166 Nonconformal 107,050
用Icepak热分析软件对散热器进行热设计
用Icepak热分析软件对散热器进行热设计
陈斯文;吕梦琴;吴洁
【期刊名称】《舰船电子对抗》
【年(卷),期】2015(038)006
【摘要】散热器广泛用于电子产品的热设计,用于改善散热能力.散热器的传热方式包括3种:结构内部的导热传热、与周围空气的对流传热、辐射传热.选择散热器材料时除考虑热设计外还要兼顾抗冲击和振动的结构设计.论述了散热器的设计方法,用Icepak CFD热分析软件进行热设计的步骤包括建立模型、加载边界条件、检查结果等.优化时观察产品的最高温度数值,对肋片散热器肋片厚度、肋片数量进行优化,使产品的温度最低.为了验证仿真的正确性,进行了试验测试,仿真数据与实验数据一致.
【总页数】5页(P113-116,120)
【作者】陈斯文;吕梦琴;吴洁
【作者单位】海军驻南京地区电子设备军事代表室,南京210039;中国电子科技集团公司第55研究所,南京210016;江西机电职业技术学院,南昌33013
【正文语种】中文
【中图分类】TN03
【相关文献】
1.基于ICEPAK的电机控制器散热器的热分析 [J], 申传有;黄恺;李兴全;王重阳
2.基于Ansys Icepak的负载器热设计与热分析 [J], 蔡惠华;贾丰锴;张莉莉;孙德冲;
孟翔宇
3.基于ICEPAK软件T/R组件热设计优化 [J], 胡洋洋; 杜鹏
4.基于ICEPAK仿真的散热器结构热设计研究 [J], 朱雨; 韦巍; 郭柳柳; 张军
5.基于ICEPAK软件的水冷基板散热器结构优化设计 [J], 孙蕾
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ansys icepak 对芯片封装热阻的仿真计算过程
ansys icepak 对芯片封装热阻的仿真计算过程ANSYS Icepak是一款用于热管理系统仿真的软件。
下面是使用ANSYS Icepak进行芯片封装热阻仿真计算的一般过程：1. 创建几何模型：使用ANSYS DesignModeler或导入外部CAD文件创建芯片封装的几何模型。
该模型应包括芯片、封装材料、散热器等组件。
2. 定义材料属性：定义各组件的热导率、热容和密度等材料属性。
这些属性可以通过材料库中的预定义材料进行选择或手动输入。
3. 设置边界条件：为模型定义边界条件，例如输入功率、环境温度和对流热通量等。
这些条件模拟了实际工作条件。
4. 划分网格：使用ANSYS Icepak的网格划分工具对几何模型进行网格划分。
划分的网格应具有足够的精度以捕捉流动和温度梯度的变化。
5. 设置求解器选项：选择合适的求解器选项，例如收敛准则、迭代次数和求解时间步长等。
这些选项将影响仿真的结果精度和计算时间。
6. 进行仿真计算：运行仿真计算以求解热传导方程和流体力学方程。
ANSYS Icepak将使用选定的求解器和网格对模型的热传导和流动进行求解。
7. 分析结果：分析仿真结果，包括温度分布、热阻、对流和辐射热传输等。
这些结果可用于评估芯片封装的热性能，并进行优化设计。
8. 优化设计：根据仿真结果，根据需要对芯片封装进行优化设计，例如改变材料、几何形状或散热器结构等。
9. 重新仿真计算：根据优化设计的参数，重新进行仿真计算以评估改进的热性能。
如果需要进一步优化，可以重复步骤8和9，直到满足设计要求。
以上是一个一般的ANSYS Icepak对芯片封装热阻进行仿真计算的过程。
具体的步骤和设置参数会根据具体的模型和需求而有所不同。
Icepak案例
ICEPAK案例翅片散热器介绍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 :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 xEyS0yE(c) 点击Done.(d) 点击Scale to fit来看整个绘图窗口。
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。
基于Icepak的一种射频电源芯片散热器改进设计
基于Icepak的一种射频电源芯片散热器改进设计
刘会
【期刊名称】《机械工程与自动化》
【年(卷),期】2017(000)003
【摘要】射频电源作为射频激励轴快流CO2激光器的核心组件,其稳定性与可靠性是影响气体放电和激光器功率提升的关键因素,而电源芯片散热能力是决定射频电源稳定运行的重要条件之一.为了改善散热器的散热性能以保障激光器稳定可靠运行,基于流体计算软件平台Icepak设计了一种散热器改进方案,并利用搭建的测试平台测试了改进模型的散热性能.结果表明:改进方案散热效果较好,并具有结构简单、加工容易的特点,完全能满足射频电源正常工作对散热器性能的要求.
【总页数】3页(P92-94)
【作者】刘会
【作者单位】湖北工程学院物理与电子信息工程学院,湖北孝感 432000
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.7
【相关文献】
1.基于Icepak仿真的散热器优化设计 [J], 蔡煜;董梦龙;张伟
2.基于ICEPAK的散热器优化设计 [J], 赵臣烜;张钰;张言安
3.基于ICEPAK仿真的散热器结构热设计研究 [J], 朱雨; 韦巍; 郭柳柳; 张军
4.基于Icepak变频空调主板散热器优化设计 [J], 张园; 马海林; 赖孝成; 江世恒
5.基于ICEPAK软件的水冷基板散热器结构优化设计 [J], 孙蕾
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Icepak培训教程
目录1.1什么是Icepak? (2)1.2程序结构 (2)1.3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 (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)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：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算例
icepak算例
Icepak是一款专业的热分析软件，可以用于计算电子设备的散热问题。
下面是一个简单的Icepak算例，用于计算导体的焦耳热：
1. 创建几何模型：导入导体的几何模型，确定电流的输入和输出位置。
2. 创建面单元模型：在SCDM中选择电流输入输出的端口面，点击右键，选择复制，然后再次点击右键，选择粘贴，建立两个面单元模型。
3. 转换为Icepak热模型：使用SCDM的Workbench菜单，点击仿真简化，在简化类型中选择级别3(CAD对象)，框选视图区域中所有的模型，SCDM自动将这些模型转换成 Icepak 热模型。
4. 设置面类型：选择SCDM下的识别对象命令，将进出端的两个面类型由 Plate 转换成 Source。
在 ANSYS Icepak 中进行焦耳热计算时，务必保持电流进出口面为 Source 类型。
5. 设置电流大小和电压：在电流进口的 Source 属性中输入电流大小，在电流出口的Source 属性中输入电压 0V。
6. 保存模型：点击 SCDM 的 File——另存为，在输出类型中选择 Icepak 项目(*.icepakmodel)将模型输出为 Icepak 热模型。
以上是一个简单的 Icepak 算例，你可以根据实际情况进行修改和扩展。
如需了解更多Icepak 算例的相关信息，可以继续向我提问。
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在 Icepak 中建立一款太阳花散热器模型的介绍(章飞)
Icepak 软件是一款专业的热分析软件 , 它拥有强大的建模功能 , 可以用来建立几何形体复杂的模型 .
Icepak 软件所用的非结构化网格技术可以支持四面体、五面体、六面体、柱体以及混合
网格类型 , 网格参数完全由用户自行控制，如果需要对某个特征实体加密网格，也不会影响到其它对象。
而且 Icepak 软件使用的是功能强大 , 基于有限体积方法 (Finite Volume Method) 与非结构化网格的 FLUNT 求解器 , 可以使计算更精准 , 过程费时
更少 , 也更容易收敛 . 这两点是其它热分析软件所望尘莫及的 .
现通过对一款 140FIN 太阳花散热器建模过程的介绍 , 来描述如何在 ICEPAK 中建立
复杂的几何形体 , 然后求解运算 . ( 因篇幅所限 , 本文并未对建立以下模型的每一个
具体步骤都作详细的说明 , 适用对象为那些对 ICEPAK 已经有了初步掌握的读者 .)
上图是一款解 89W 功率 Intel CPU 的铝挤塞铜太阳花散热器 . 其铝挤型鳍片结构复杂 , 呈放射状分布 , 鳍片密集且有分叉 .
尽管如此 , 仍然可以用 ICEPAK 对其建立模型 , 在边界条件输入正确 , 网格划分良好的前提下 , 是可以求解收敛的 . 如下图 :
现将自己建立这款模型的具体步骤介绍如下 :
1. 先在 PRO_E 中建立太阳花铝挤型的 3D 实体模型 , 然后将其存成 IGES 文档 ;
2. 打开 ICEPAK 软件 , 并用 FILE 菜单栏的 IMPORT 功能导入上一步骤建立的
IGES 文档 ;
3. 片刻后 , ICEPAK 便可导入 3D 模型轮廓如下 . 此轮廓是在以后建立各个鳍片时 , 对每片鳍片的各个节点进行准确定位的参照 :
4. 将上图轮廓的位置调整到上视图如下 , 然后沿着此太阳花鳍片的轮廓逐片地用建模工具 B
LOCK 中的多边型来建立模型 ;
5. 如图所示 , 要在 ICEPAK 中建立一个带分叉的鳍片 , 须要建一个带 12 个节点的多边形来表示 ;
多边型的节点用左上图中的 ADD 键来添加 , 每点击一次 ADD 键 , 就可以添加一个节点 ; 同时多边型的节点是可以用 SHIFT+ 鼠标右键来点选的 , 然后在按住 SHIFT+ 鼠
标右键的同时移动鼠标就可以拖动被点选的多边型节点 . 这样两种方法并用 , 我们就可以在 ICEPAK 中建出复杂的模型来 .
6. 先在 ICEPAK 中建立一个多边型 ( 图中三角型所示 ), 设置材质为铝挤 , 并使多
边型的平面与散热器的上下平面平行 , 将多边型的高度设为太阳花鳍片的高度 , 用 ADD 键逐个增加节点到 12 个 , 每增加一个节点就用 SHIFT+ 鼠标右键依顺序将它拖动到上图所示的节点位置 . 完成后的多边型鳍片如右上图所示 .
具体步骤如下 :
a. 先用 SHIFT+ 鼠标右键点选多边型的节点 , 然后移动鼠标 , 将多边型的三个节点分别拖动到鳍片的位置 , 如右下图 ;
à
à
b. 用 ADD 键增加节点到 4 个 , 并把节点移动到相应的位置 ; C. 增加到 5 个节点 , 步骤同上 ;
à
à
d. 增加到 6 个节点 , 步骤同上 ;
e. 增加到 7 个节点 , 步骤同上 ;
à
à
f. 增加到 8 个节点 , 步骤同上 ;
g. 增加到 9 个节点 , 步骤同上 ;
à
à
h. 增加到 11 个节点 , 步骤同上 ; i. 增加到 12 个节点 , 鳍片完成 .
à
( 注意 : 在用 ADD 键给多边型增加节点时 , 注意按前面的节点顺序 , 依次序插入和移动节点 , 这样可以避免发生多边型诸节点间相互交错扭曲的情况 .)
7. 诸如这般 , 需要一片一片地给此太阳花建鳍片 , 这的确是一件费时间的手工活 ! 建好全部鳍片后的散热器形状如下 :
8. 点击 MODLE 菜单栏的 CAD DATA 选项 , 取消 SHOW UNUSED 前的勾选栏 , 便可以隐去先前导入的绿色太阳花轮廓 , 得到鳍片的模型 , 如下图 :
9. 用 BLOCK 模块的圆柱体依照实体尺寸给太阳花模型建立中间的铝芯 , 再依次建立铝芯中央的塞铜 , 与塞铜上部的空气柱模型 . ( 请注意设置铝芯的优先序高于鳍片 , 塞铜与的空气柱的优先序高于铝实心 ; 空气柱的 BLOCK TYPE 设为 FLUID, AIR);
实体效果图
10. 按风扇的各项参数在模型中建立 9025 风扇 , 紧贴铜柱的下表面建一个等面积的圆形 89W 热源 , 边界条件设为环境温度 35 度 , 前后左右及上部 Cabinet Wall Type 均为 Opening( 底部的 Cabinet Wall Type 为默认 ). 先给太阳花的所有鳍片及铝芯 , 塞铜 , 空气柱和热源建一个 Assembly, 再给整个 Cooler 建一个 Assembly. 这样可以在求解域内生成非连续性网格 , 能在不影响求解精度的前提下 , 用更少的网格来求解计算 , 节约计算资源 . 然后用网格生成器给模型划分网格 . 如下图 :
11. 划分网格后 , 需要对网格进行检查 . 从太阳花的正上方的视图检查 , 有可能会出现如下图所示 , 好几条网格线紧密地粘靠在一起的情况 . 这是由于鳍片上各个节点在 X 轴或 Y 轴上的坐标值太过接近造成的 , 这种不良网格可能会导致计算结果的不收敛 .
此时可以对相应节点的位置作微调 , 拉开一点距离 ( 这在 Icepak 建模中是允许的 ), 几番调整 -> 生成网格 -> 检查 -> 再调整的循环后 , 便可以生成质量很好的网格
( 如上图 );
12. 在完成对模型与网格的检查后 , 就可以开始求解运算 ; ( 一般而言 , 在网格生成良好 , 边界条件输入正确的前提下 , ICEPAK 模型是可以收敛的 ). 本例的收敛曲线如下 :
13. 计算完成后 , 对太阳花散热器模型进行渲染处理 , 就可以观察散热器上的温度分布与空气流动矢量图如下 .
本文旨在通过展示用 ICEPAK 建立太阳花散热器模型的过程 , 来抛砖引玉 , 向读者介绍如何去用 ICEPAK 建立一款复杂的模型 , 所以对一些边界条件以及热源模型都作了简化 . 本建模过程的重点并没有放在去刻意追求结果的准确度上 . 若有读者感兴趣的话 , 想要得到更接近实测值的结果 , 还需要对边界参数 , 网格质量 , 热源和散热器的模型作更精细的调整 , 比如要考虑塞铜与铝挤间的接触热阻 , 加热热源的形状和种类 , 导热膏热阻 , 风扇支架对流场的影响 , 鳍片高度方向上的网格密度等等 . 读者可以借鉴
本文介绍的方法 , 去建立一款复杂形体的散热器的模型 , 然后再划分网格求解运算 , 这对提升 ICEPAK 建模能力 , 加深对网格与计算求解的理解是大有益处的 .
参考文献
Icepak Training Notes .北京海基科技发展有限公司。