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CAE集中答疑目标：针对CAE技术交流中的网络求助无人应答？以及软件学习者和行业应用者在使用软件中遇到各类问题，该栏目为用户提供一个指导性建议和解决方案，对于特殊/复杂问题，用户可以在仿真秀平台求助平台算例在线帮服务。由平台讲师/群用户一对一免费帮学。其他时间用户在仿真秀官网问答板块提问，平台有专业讲师提供答疑服务，凡是参与提问和回答，均可以获得平台积分，可以兑换京东会员，爱奇艺会员，仿真秀会员，CAE热销书籍及优惠折扣券等。

CAE集中答疑第1期：王永康ANSYS Icepak 热仿真全解答

一、Icepak 是一款热分析软件

Icepak 是Fluent公司开发的热分析软件，专门为电子产品工程师定制开发的专业电子热分析软件Icepak 作为专业的热分析软件，可以解决各种不同尺度级别的散热问题：

1、环境级――机房、外太空等环境级的热分析

2、系统级――电子设备机箱、机柜以及方舱等系统级的热分析

3、板级――PCB板级的热分析

4、元件级――电子模块、散热器、芯片封装级的热分析

Icepak 广泛应用于通讯、航天航空电子设备、电源设备、通用电器及家电等领域。它的特点有：

1、采用非结构化网格，能够针对复杂的几何外形生成三维四面体、六面体的非结构化网格，有多种网格生成方法，能够满足现代电子产品设计中几何形状越来越复杂的要求，保证了工程问题的计算精度。

2、提供丰富的物理模型，可以模拟自然对流、强迫对流和混合对流、热传导、热辐射、流-固的耦合换热、层流、湍流、稳态、非稳态等流动现象。

3、 Icepak 是面向热产品设计和分析工程师的软件，采用热设计分析所专用的机柜、风扇、印刷电路板、阻尼、通风口等模型。建模过程快捷、网格生成与计算可以自动进行。

二、基本概念：风冷散热原理

从热力学的角度来看，物体的吸热、放热是相对的，凡是有温度差存在时，就必然发生热从高温处传递到低温处，这是自然界和工程技术领域中极普遍的一种现象。而热传递的方式有三种：辐射、对流、传导，其中以热传导为最快。我们要讨论的风冷散热，实际上就是强制对流散热。

对流换热是指流体与其相接触的固体表面或流体，而这具有不同温度时所发生的热量转移过程。热源将热量以热传导方式传至导热导热介质，再由介质传至散热片基部，由基部将热量传至散热片肋片并通过风扇与空气分子进行受迫对流，将热量散发到空气中。风扇不断向散热片吹入冷空气，流出热空气，完成热的散热过程。

对流换热即受导热规律的支配，又受流体流动规律的支配，属于一种复杂的传热过程，表现在对流换热的影响因素比较多。

① 按流体产生流动的原因不同，可分为自然对流和强制对流。

② 按流动性质来区分，有层流和紊流之别。流体从层流过渡到紊流是由于流动失去稳定性的结果。一般以雷诺数（Re）的大小，作为层流或紊流的判断依据。

③ 流体的物性对对流换热的影响。例如，粘度、密度、导热系数、比热、导温系数等等，它们随流体不同而不同，随温度变化而变化，从而改变对流换热的效果。

④ 换热表面的几何条件对对流换热的影响。其中包括：

a、管道中的进口、出口段的长度，形状以及流道本身的长度等；

b、物体表面的几何形状，尺寸大小等；

c、物体表面，如管道壁面、平板表面等的粗糙程度；

d、物体表面的位置（平放、侧放、垂直放置等）以及流动空间的大小。

⑤ 流体物态改变的影响。

⑥ 换热面的边界条件，如恒热流、恒壁温等，也会影响对流换热。

三、Icepak FAQ（常见问题集，本文版本号为0.1 beta）

1、Opening 和Grill 有什么区别，通风口改用什么建模？

Opening 和Grill 都是用来创建通风口的。Opening 是完全敞开的通风口。但是如果要模拟具有流阻的通风口就要用到Grill，如金属网、打孔板。因流体流过会有压力损失，这个参数主要是决定流速和压力损失之间的关系。Grill 可以设置速度损失系数（Velocity loss coe±cient），或者通过设置开孔率大小由程序自动计算速度损失系数。开孔率定义为开孔面积与总面积之比，在[0 » 1] 之间，1 表示完全敞开，0 表示完全封闭。

2、Plate 和Block 有什么区别？Plate 有厚度，看起来也是一个体啊。

plate 为二维，内部无网格，而Block 则为三维。因而，Plate 在厚度方向上无参数变化。一般原来模拟比较薄的平面体。

3、Icepak 中可以画曲面吗？

Icepak 中不能画曲面，如果你要仿真必有曲面的模型可以试试使用外部CAD 软件做出曲面，再从Icepak 中导入实体模型。具体做法可以参考中文教程。

4、做自然散热时计算域的设定？

通过在Icepak 增加重力加速度项，Icepak 求解器会自动使用Boussinesq 假设模拟自然对流流场。为了让模型周围的空气对流场充分发展，必须把整个计算域取的足够大，也就是cabinet 要取的足够大。

Icepak 推荐：

设需要模拟的模型三维上最大尺度为L，重力为y 轴负向(y¡)，则cabinet 外边界距离模型相应外壁距离有这样一些规定：

① y+ > 2L。在y轴正向区域，记做y+ ，这个间距大于2倍特征长度，也就是在自然对流浮力上方空间大于2L；

② y¡ > L。浮力下方空间大于L，除非你的模型直接放在地面上，下面用wall；

③ 其它四个方向的距离> 0:5L另外做自然对流，cabinet六个面都打开成opening，opening的物性使用Icepak 缺省物性，也就是使用环境温度作为温度边界就可以了。

还有，一般做自然对流问题，要把模拟的整个模型做一个非连续网格，以减小计算量。