Ansys HFSS-Icepak | 电热耦合仿真
随着电子产品向高密度、高功率、小型化方向快速迭代，其内部电性能与热特性的相互作用愈发显著，电热耦合分析已成为产品研发、设计优化及可靠性保障的核心环节。Ansys Icepak是一款专门为电子产品工程师定制开发的专业电子热分析软件，采用了业界最强的Fluent内核，集成于AEDT（电子桌面）中，可与Ansys其他电子产品进行电热双向耦合仿真。
本文将通过一个环形器模型来介绍典型的HFSS-Icepak电热耦合仿真流程。
HFSS-Icepak电热耦合仿真
材料设置
电热耦合的前提是材料具备电热相关的属性，进入材料设置界面后，勾选“All Properties”、“Thermal”、“Thermal Modifier”，对于金属材料，需设置电导率热条件、导热率（Thermal Conductivity）、质量密度（Mass Density）、比热（Specific Heat）等参数，对于介质材料，需设置介电常数和介质损耗的热条件、导热率（Thermal Conductivity）、质量密度（Mass Density）、比热（Specific Heat）等参数。
HFSS-Icepak电热耦合仿真
电磁场仿真
在HFSS中设置求解时，需勾选保存场选项，以便能提供给热仿真需要的损耗场数据。
完成电磁场仿真后，可查看介质和金属中的损耗密度场分布：
HFSS-Icepak电热耦合仿真
单向耦合仿真
由菜单栏中Desktop→Icepak插入一个新的Icepak设计：
在原HFSS设计中复 制除吸收边界盒子以外的其余模型，在Icepak设计中粘贴复 制的模型，则在Icepak设计中将获得原HFSS设计的模型以及模型材料，同时自动添加一个空气盒子：
调整空气盒子尺寸：双击“CreateRegion”进入设置空气盒子尺寸界面，调整Z方向距离，一般在重力反方向距离需要大一些。
设置Open热边界：选择空气盒子的六个面，点击Assign Thermal→Opening→Free，在弹出的Opening Thermal Model设置界面，保持默认设置（热开放边界——零压），点击“OK”。
设置EM Loss链接：选择除空气盒子外的其他所有物体，点击Assign Thermal→EM Loss，在弹出的Setup Link设置界面中的General选项页，勾选“Use This Project”，选择正确的Source Design和Source Solution（为原HFSS设计），勾选“Simulate source design as needed”和“Preserve source design solution”，在Intrinsics选项页，确保勾选正确求解频点。
网格设置：鼠标右键点击导航树Mesh节点，选择Edit Global Region…，在General选项卡中设置全局网格，在Advanced选项卡中设置可设置自定义的网格参数。
设置求解类型：鼠标右键点击Icepak设计，选择Solution Type…，选择Steady State、Temperature and Flow。
设置环境温度和重力方向：鼠标右键点击Icepak设计，选择Design Setting…，设置环境温度和重力方向。
求解设置：鼠标右键点击Analysis，选择Add Solution Setup…，在General选项卡下，设置最大迭代次数、问题类型、flow类型以及辐射模式，同时勾选Include Gravity。
在Convergence选项卡下，设置Flow和Energy收敛精度，在Solver Settings选项卡下，为了让稳态模式收敛更快，设置Z方向的Flow初始速度为0.005m/s,点击Advanced Options，设置压力和动量参数（注：不是所有模型都需要这样设置，可以保持默认），在Radiation选线卡下，设置迭代参数和方向角分辨率。
监视器设置：选择空气盒子顶部面，鼠标点击Assign Monitor→Point…设置Speed和Temperature点监视器，选择耦合器模型上表面，鼠标点击Assign Monitor→Face…设置Temperature面监视器。
运行仿真后，结果查看：选择需要查看温度的模型，鼠标点击Plot Fields→Temperature→Temperature。从温度场分布可知，最大温度约41.7°：
HFSS-Icepak电热耦合仿真
双向耦合仿真
创建Feedback的HFSS设计：复 制原HFSS设计，在当前工程下粘贴，则新建一个与原HFSS一模一样的HFSS设计，在新建的Feedback HFSS设计菜单栏中，选择HFSS→Set Object Temperature…，勾选“Include Temperature Dependence“和”Enable Feedback“选项。
创建Feedback的Icepak设计：复 制原Icepak设计，在当前工程下粘贴，则新建一个与原Icepak一模一样的Icepak设计，在新建的Feedback Icepak设计中，鼠标右键选择Thermal节点下的EM Loss，重命名EM Loss的链接，以及将EM Loss链接至最新的Feedback HFSS设计。
在Feedback Icepak设计中添加双向耦合求解：在新建的Feedback Icepak设计中，鼠标右键点击Analysis节点下的求解，选择Add 2-Way Coupling…添加双向耦合求解，保持默认设置，点击“OK”完成设置。
完成仿真后，查看仿真结果：由双向耦合的温度场分布可知，最高温度由原来单向耦合的41.7°上升至45.6°，双向耦合更能体现实际电热耦合的过程。
AEDT Icpeak集成于电子桌面下, 更加注重了电和热的耦合, 更适合电工程师的操作习惯，在电的设计阶段就可以考虑一部分热设计的问题, 缩短总体研发流程，与 HFSS, Q3D, Maxwell, DCIR(beta) 可很好地实现电热双向耦合。
来源：艾羽科技
