ICEPAK水冷板仿真计算全流程介绍

CAD模型导入方式：
① Desingner Molder(DM)
② ANSYS SCDM（SpaceClaim Driect Molder）

1、Desingner Molder 简介

Desingner Molder是ANSYS Workbench 平台下所有CAE分析软件的一个通用几何接口模块，其与各主流的CAD软件均有接口，用户可以在DM中对导入的CAD模型进行修复、清除，以得到适合CAE分析的模型

DM界面常用操作说明：
Suppressed/Unsuppressed（抑制/解压缩）
被抑制的几何体是不能导入ICEPAK中的。

Hide/Unhide：表示隐藏或显示某几何体。

修改器件名称：单个几何体名称修改；多个几何体名称同时修改。

Generate：表示生成的命令；或者通过热键F5来执行生成。

DM支持的CAD几何格式
DM支持所有主流的CAD软件的几何文件格式，也支持CAD模型的中间数据格式，Step、Iges。
用户可以通过ANSYS与CAD软件的Geometry Interfaces接口将CAD模型直接读入DM；（该种方法需要Licesne支持）；
中间数据格式Step、Iges等，可以通过单击DM主菜单中的File→Import External Geometry File。

DesignModeler常用命令说明
DM可以对导入的CAD几何模型进行修复，对于ANSYS ICEPAK热模型而言，主要的命令包括Slice切割、Face delete面删除、薄壳单元的建立，Fill体填充。
① Slice切割
其用于通过使用一个面对一个体或多个体进行切割。通过面切割体，是最常用的切割办法。
② Face delete面删除
其主要用于切割小尺寸倒角等特征。利用此命令可以将CAD几何体中不影响散热分析的一些倒角特征进行删除；也可以对电子机箱中的安装孔等特征进行删除。
③ 薄壳单元的建立
通过主菜单中的Concept→Surface From Faces/Edges，可建立几何模型的薄壳单元。
④ Fill填充命令
通过Tool→Fill来执行填充命令。对于ICEPAK液冷散热模拟来说，主要是使用Fill命令来填充冷板中液体的流道，得到液体的实际几何模型。
具体操作：选择进出口的多个边，单击Generate，DM会自动生成面，将整个流体空间封闭；然后填充命令，将冷板中液体的体积部分进行填充抽取。

2、ANSYS SCDM模型修复命令

ANSYS SCDM，其建模技术是一种动态建模技术，即对于无论何种来源的模型都可以直接编辑，不需要考虑模型的历史，不受参数化设计中复杂关联的约束，快速捕捉灵感，可以随意编辑实体模型而不用考虑坐标原点，为CAE模拟分析提供干净、准确的三维几何，其易用性好、上手方便、修复模型快速便捷。
常用修复命令
① 选择命令
② 拉动命令
③ 移动命令
使用可以移动工具可以移动任何单个的表面、曲面或部件。如果选择一个完整实体或曲面，则可以对其进行旋转。
④ 填充命令
使用填充命令可以使用周围的曲面或实体填充所选区域。填充可以“缝合”几何的许多切口特征，如倒直角和圆角、旋转切除、凸起、凹陷等等。
填充命令可以删除完整CAD模型的小特征（倒角、凸凹特征、内嵌的密闭小孔隙等），其在对导入的CAD模型修复时，填充命令使用的非常频繁。
单体填充；
框选填充
⑤ 组合命令
⑥ 切割命令
⑦ 建立平面
此处可以建立基准面，该面可以被当作切割工具，对实体进行切割；也可以作为基准面，进行几何体的草图绘制；建立的平面可以使用移动命令进行相应的偏离。
⑧ 质量
⑨ 测量
⑩ 修补缺失面
在读入CAD中间格式的几何模型时，有时会出现局部面丢失的情况。单击修补面的命令，SCDM会自动寻找缺失的表面，并以红色框表示丢失面的位置，使用鼠标左键，单击封闭的红色线框边界，即可将此面修补。
11 体积抽取
该命令类似DM种的Fill命令，主要是抽取机箱中的空气区域（主要用于真空环境、太空环境下的电子机箱散热模拟，需要考虑内部空气的导热）；另外，也可以用来抽取冷板中的流体体积。

3、CAD模型导入ICEPAK命令

DM中Electronics的工具栏。Tools→Electronics，打开转化工具栏菜单。
该命令是ANSYS公司专门给ICEPAK提供的数据导入转化接口。

① Simplify
可以将三维的CAD体进行转化，可同时对多个体进行相同级别的转化；主要有四种不同的转化级别，可将CAD体进行转化。
此处注意：并非所有的几何均需要进行转化，只需对ICEPAK不认可的异形的CAD几何体进行转化。

Level 0：0级将三维的CAD体转化成icepak认可的立方体Block，所有的CAD几何特征均消除。可以将不规则芯片的倒角，PCB板上的安装孔等特征删除，得到干净简洁的几何体。

Level 1:1级将使用ICEPAK认可的立方体和圆柱体对CAD几何体进行重新构建，CAD几何体的内表面和几何细节决定ICEPAK的单个立方体或圆柱的尺寸，去除部分小特征。

Level 2：2级将使用ICEPAK认可的多边形Block、方形Block以及圆柱体Block来构建CAD实体，DM会自动将CAD体中的多边形特征转化为ANSYS ICEPAK的多边形几何体。

Level 3:3级直接将CAD的异形几何体直接转化成ICEPAK认可的CAD类型实体。
CAD类型实体与真是的几何体完全贴合，在转化中，对实体面的质量可选择5种不同的级别，包括：Very Coarse、Coarse、Medium、Fine、Very Fine。
如果CAD模型不能利用切割、修复、填充等命令进行处理，而且CAD几何体是不规则的异形形状，建立使用Level 3 进行转化。
但ICEPAK中的CAD体一方面不能对其的形状尺寸进行编辑，另一方面必须使用Mesher-HD的网格类型对其划分网格，划分的网格数量较大。
切记，不可以将规则的几何体、多边形使用Level 3 进行转化，因为其可以直接导入ANSYS ICEPAK中。

Simplify的转化原则：当CAD几何读入DM后，不需要对所有的体进行Simplify；异形的几何体可以使用Level 2 进行转化；如果使用Level 2 转换的几何体不能保持原始CAD形状，则可以使用Level 3。

② 风机的转化

③ Opening开口

④ ICEPAK Enclosure
可以将立方体的方腔，如机箱、机柜，自动转化成ICEPAK认可的Enclosure。
单击此命令，选择方腔几何体，可以完成Enclosure的转换。

⑤ Set ICEPAK Object Type
主要是对转化后的几何体设置成ICEPAK的不同模型对象，如可以将DM模型树下的Block，直接设置为ICEPAK认可的PCB板模型。（Block→PCB）

⑥ Show ice Bodies
切记，不需要对这类几何体做任何的Simplify转化。

⑦ Show CAD Bodies

⑧ Revert View

⑨ 自动识别

⑩ CAD模型转化小技巧

11 CAD数据导入
拖到DM单元至ICEPAK单元的setup，即可实现CAD模型的完整导入。

4、CAD模型导入ICEPAK步骤、原则

5、具体案例

5.1 水冷板散热模拟计算（几何模型简化/转化处理→icepak计算）
处理过程在ANSYS Workbench平台上进行。

① SCDM软件，抽取冷板内冷却工质的几何模型。（Prepare→Volume Extract）
此时的冷却工质模型为不规则、异形的几何模型，导入ICEPAK中为CAD类型的模型，只可以使用HD网格类型进行网格划分。通常会造成网格数量较多，一般采取的方法是将冷却工质的几何模型进行切割，将异形的流道模型切割成规则的模型。
模型切割一般的方法：建立基准面→拆分主体→实现切割。
处理完毕，记得要保存处理完成的几何模型。

② DM软件，进行模型转换。
Tools→Electronics的操作进行几何模型→icepak模型的转换。（包括：进出口、流道等）
此处在简化进出口的时候，一定注意选择面的顺序：先选择大面，然后选择切割的小面。

③ ICEPAK软件，进行水冷板模拟计算。
网格划分、热模型求解设置需要注意。

④ 后处理显示
一般后处理在ICEPAK中即可简单处理，进行平均温度、压降等统计处理；
Solution overview
overview是对整个热模型计算结果的概要报告，可以用来判断求解计算是否收敛。通过总和统计的结果，可以判断N-S方程是否守恒，进而判断求解计算的收敛型。通常进出口流量误差在1%之内，可认为求解计算完全收敛。打开方式：Report→Solution overview →View/Create。
较为专业的后处理在TECPLOT中处理。如：计算协同角（此处参见：清华过增元、西交陶文铨何雅玲、华科刘伟教授的文章，进行了解。），在此过程中需要注意导入的TECPLOT中的文件选择应该为case和fdat两种类型的文件，否则，无法计算协同角。

⑥ 模型/计算结果保存
模型保存：File→packproject→.tzr格式。该格式文件较小，未保存结果，保存了网格参数，比较方便文件传输。
计算结果保存：若想保存完整的计算结果，就需要将计算整个文件夹保存。（内存会很大）然后，打开软件，选择existing，打开对应文件夹，进行相应的后处理，计算结果就会得到。（一般还是要注意保存计算结果，否则会浪费时间，重新计算。）