1.3 ANSYS Icepak熱仿真流程

與其他CAE軟件類似，在ANSYS Icepak對(duì)任何電子產(chǎn)品或類似的模型進(jìn)行熱模擬時(shí)，通常需要經(jīng)過建立熱仿真模型、對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分處理、求解計(jì)算和后處理4大步驟。

1.3.1 建立熱仿真模型

目前，建立ANSYS Icepak熱仿真模型主要包含以下3種方式。

（1）在ANSYS Icepak軟件中手動(dòng)建立熱模型：Icepak可以使用基于對(duì)象的建模方式來建立熱模型，單擊Icepak軟件的模型工具欄，即可建立“干凈”的熱仿真模型，如單擊Create heat sinks模型，在Icepak的圖形區(qū)域中會(huì)出現(xiàn)散熱器的模型，輸入相應(yīng)的幾何參數(shù)信息，即可建立散熱器模型，如圖1-12所示。

（2）通過ANSYS Workbench平臺(tái)，使用Geometry將CAD模型導(dǎo)入Icepak，可通過以下過程實(shí)現(xiàn)。

① CAD模型的修復(fù)：可以使用Geometry或者ANSYS SCDM（Space Claim Direct Modeler）對(duì)復(fù)雜的CAD模型進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)工作主要包括：在不影響散熱路徑的原則下，刪除小特征尺寸的倒角、刪除所有的螺釘螺母、對(duì)異形的薄板創(chuàng)建“殼”單元（薄板模型）、抽取冷板中水冷的幾何區(qū)域等，圖1-13為Geometry刪除電容的倒角。

② 修復(fù)“干凈”的CAD模型可通過Geometry中的Electronic工具欄將模型導(dǎo)入ANSYS Ice-pak，如圖1-14所示；或者直接通過ANSYS SCDM將修復(fù)后的CAD模型轉(zhuǎn)化，然后單擊另存為→輸出（格式為?. Icepakmodel），也可以將CAD模型導(dǎo)入ANSYS Icepak，完成熱模型的建立。

（3）通過ANSYS Icepak與EDA的接口，將EDA軟件輸出的IDF模型導(dǎo)入ANSYS Icepak：通過布線接口，可以將PCB的布線和過孔信息導(dǎo)入Icepak，精確反映PCB的導(dǎo)熱率，如圖1-15所示。

通常，建立一個(gè)電子產(chǎn)品的熱分析模型，尤其是包含PCB的模型，最好的方式是將上述3種方式結(jié)合起來使用，如圖1-16中復(fù)雜PCB卡模組熱仿真模型。

在圖1-16的模型中，不同的部件通過不同的方式建立，具體方式可參考表1-2。

關(guān)于如何建立電子熱仿真模型，將在第4章進(jìn)行講解。

1.3.2 網(wǎng)格劃分

ANSYS Icepak是使用自身的網(wǎng)格劃分工具對(duì)建立的熱模型進(jìn)行網(wǎng)格處理，需要將Icepak計(jì)算區(qū)域內(nèi)的流體區(qū)域與固體區(qū)域按照合理的網(wǎng)格設(shè)置進(jìn)行劃分。ANSYS Icepak提供3種網(wǎng)格類型：結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和Mesher-HD網(wǎng)格類型；另外，提供兩種網(wǎng)格處理方式：非連續(xù)性網(wǎng)格和多級(jí)（Multi-level）網(wǎng)格處理。

由于多樣化的網(wǎng)格類型及優(yōu)秀的網(wǎng)格處理方式，可以保證ANSYS Icepak對(duì)任何模型進(jìn)行網(wǎng)格的貼體劃分處理。通常來說，電子熱仿真模型需要使用混合網(wǎng)格進(jìn)行處理，即不同區(qū)域或不同對(duì)象使用不同的網(wǎng)格類型和方式進(jìn)行網(wǎng)格處理，如圖1-17所示。

1.3.3 求解計(jì)算設(shè)置

在ANSYS Icepak里，對(duì)模型劃分完合理的網(wǎng)格后，需要進(jìn)行求解的一些設(shè)置主要包括：

（1）環(huán)境溫度設(shè)置。

（2）是否考慮自然對(duì)流及輻射換熱。

（3）設(shè)置各類邊界條件，如開口風(fēng)速、溫度等。

（4）設(shè)置各熱源熱耗。

（5）設(shè)置湍流模型。

（6）求解的非定常設(shè)置（求解是否為瞬態(tài)/穩(wěn)態(tài)）。

（7）求解計(jì)算的初始條件或初始化值。

（8）是否考慮太陽(yáng)熱輻射載荷。

（9）是否考慮高海拔對(duì)電子產(chǎn)品散熱的影響。

（10）是否考慮多組分計(jì)算模擬。

（11）迭代步數(shù)及殘差數(shù)值的設(shè)置。

（12）是否考慮并行計(jì)算及設(shè)置并行計(jì)算的核數(shù)。

（13）N S方程離散格式、迭代因子、單雙精度的設(shè)置。

（14）溫度、壓力、速度監(jiān)控點(diǎn)的設(shè)置（用于準(zhǔn)確判斷計(jì)算求解的收斂性）。

做完上述的部分設(shè)置（不同工況需要的設(shè)置不同）后，單擊求解計(jì)算，ANSYS Icepak將會(huì)自動(dòng)彈出Fluent求解器進(jìn)行計(jì)算，直至收斂，計(jì)算結(jié)束。

1.3.4 后處理顯示

ANSYS Icepak主要使用自帶的工具進(jìn)行后處理顯示（見圖1-18），可以得到以下求解結(jié)果：

（1）溫度、速度、壓力等變量的溫度云圖。

（2）速度矢量圖。

（3）流動(dòng)的跡線圖。

（4）不同變量的等值云圖。

（5）不同點(diǎn)不同變量的處理。

（6）不同變量沿不同直線變化的Plot圖。

（7）瞬態(tài)計(jì)算不同時(shí)刻變化的各變量云圖等。

（8）對(duì)不同模型各變量統(tǒng)計(jì)量化的具體數(shù)值。

（9）統(tǒng)計(jì)模型中傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射3種方式各自的換熱量。

（10）不同變量最大、最小值及位置顯示。

（11）模型內(nèi)不同區(qū)域計(jì)算結(jié)果的數(shù)值顯示。

（12）芯片網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)溫的顯示。

（13）各風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)的顯示等。