1.3 ANSYS Icepak热仿真流程

与其他CAE软件类似，在ANSYS Icepak对任何电子产品或类似的模型进行热模拟时，通常需要经过建立热仿真模型、对模型进行网格划分处理、求解计算和后处理4大步骤。

1.3.1 建立热仿真模型

目前，建立ANSYS Icepak热仿真模型主要包含以下3种方式。

（1）在ANSYS Icepak软件中手动建立热模型：Icepak可以使用基于对象的建模方式来建立热模型，单击Icepak软件的模型工具栏，即可建立“干净”的热仿真模型，如单击Create heat sinks模型，在Icepak的图形区域中会出现散热器的模型，输入相应的几何参数信息，即可建立散热器模型，如图1-12所示。

（2）通过ANSYS Workbench平台，使用Geometry将CAD模型导入Icepak，可通过以下过程实现。

① CAD模型的修复：可以使用Geometry或者ANSYS SCDM（Space Claim Direct Modeler）对复杂的CAD模型进行修复，修复工作主要包括：在不影响散热路径的原则下，删除小特征尺寸的倒角、删除所有的螺钉螺母、对异形的薄板创建“壳”单元（薄板模型）、抽取冷板中水冷的几何区域等，图1-13为Geometry删除电容的倒角。

② 修复“干净”的CAD模型可通过Geometry中的Electronic工具栏将模型导入ANSYS Ice-pak，如图1-14所示；或者直接通过ANSYS SCDM将修复后的CAD模型转化，然后单击另存为→输出（格式为∗. Icepakmodel），也可以将CAD模型导入ANSYS Icepak，完成热模型的建立。

（3）通过ANSYS Icepak与EDA的接口，将EDA软件输出的IDF模型导入ANSYS Icepak：通过布线接口，可以将PCB的布线和过孔信息导入Icepak，精确反映PCB的导热率，如图1-15所示。

通常，建立一个电子产品的热分析模型，尤其是包含PCB的模型，最好的方式是将上述3种方式结合起来使用，如图1-16中复杂PCB卡模组热仿真模型。

在图1-16的模型中，不同的部件通过不同的方式建立，具体方式可参考表1-2。

关于如何建立电子热仿真模型，将在第4章进行讲解。

1.3.2 网格划分

ANSYS Icepak是使用自身的网格划分工具对建立的热模型进行网格处理，需要将Icepak计算区域内的流体区域与固体区域按照合理的网格设置进行划分。ANSYS Icepak提供3种网格类型：结构化网格、非结构化网格和Mesher-HD网格类型；另外，提供两种网格处理方式：非连续性网格和多级（Multi-level）网格处理。

由于多样化的网格类型及优秀的网格处理方式，可以保证ANSYS Icepak对任何模型进行网格的贴体划分处理。通常来说，电子热仿真模型需要使用混合网格进行处理，即不同区域或不同对象使用不同的网格类型和方式进行网格处理，如图1-17所示。

1.3.3 求解计算设置

在ANSYS Icepak里，对模型划分完合理的网格后，需要进行求解的一些设置主要包括：

（1）环境温度设置。

（2）是否考虑自然对流及辐射换热。

（3）设置各类边界条件，如开口风速、温度等。

（4）设置各热源热耗。

（5）设置湍流模型。

（6）求解的非定常设置（求解是否为瞬态/稳态）。

（7）求解计算的初始条件或初始化值。

（8）是否考虑太阳热辐射载荷。

（9）是否考虑高海拔对电子产品散热的影响。

（10）是否考虑多组分计算模拟。

（11）迭代步数及残差数值的设置。

（12）是否考虑并行计算及设置并行计算的核数。

（13）N S方程离散格式、迭代因子、单双精度的设置。

（14）温度、压力、速度监控点的设置（用于准确判断计算求解的收敛性）。

做完上述的部分设置（不同工况需要的设置不同）后，单击求解计算，ANSYS Icepak将会自动弹出Fluent求解器进行计算，直至收敛，计算结束。

1.3.4 后处理显示

ANSYS Icepak主要使用自带的工具进行后处理显示（见图1-18），可以得到以下求解结果：

（1）温度、速度、压力等变量的温度云图。

（2）速度矢量图。

（3）流动的迹线图。

（4）不同变量的等值云图。

（5）不同点不同变量的处理。

（6）不同变量沿不同直线变化的Plot图。

（7）瞬态计算不同时刻变化的各变量云图等。

（8）对不同模型各变量统计量化的具体数值。

（9）统计模型中传导、对流、辐射3种方式各自的换热量。

（10）不同变量最大、最小值及位置显示。

（11）模型内不同区域计算结果的数值显示。

（12）芯片网络模型结温的显示。

（13）各风机工作点的显示等。