實(shí)戰(zhàn)ANSYS Icepak電子熱設(shè)計(jì)

第1章 ANSYS Icepak概述 001
1.1 Icepak簡介 002
1.2 Icepak仿真流程 002
1.2.1 建立熱模型 002
1.2.2 模型的網(wǎng)格劃分 003
1.2.3 求解計(jì)算設(shè)置 003
1.2.4 后處理顯示 004
1.3 ANSYS Icepak模塊組成 004
第2章 電子熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論 007
2.1 流體運(yùn)動(dòng)的基本概念 008
2.2 流體流動(dòng)及換熱的基本控制方程 010
2.3 電子熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論 012
2.3.1 導(dǎo)熱（thermal conduction） 013
2.3.2 對(duì)流（thermal convection） 015
2.3.3 輻射（thermal radiation） 016
2.3.4 增強(qiáng)散熱的幾種方式 017
2.4 電子熱設(shè)計(jì)常用概念 018
2.5 電子熱設(shè)計(jì)要求 019
2.5.1 熱設(shè)計(jì)基本要求 019
2.5.2 熱設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題 020
2.6 熱設(shè)計(jì)方法 021
2.6.1 熱設(shè)計(jì)目的 021
2.6.2 熱設(shè)計(jì)的基本問題 021
2.6.3 傳熱基本原則 021
2.6.4 換熱計(jì)算 022
2.6.5 熱電模擬 022
2.6.6 熱設(shè)計(jì)步驟 022
2.6.7 規(guī)定電子元器件和設(shè)備熱特性的額定值 023
2.6.8 計(jì)算機(jī)輔助熱分析 023
2.7 冷卻方法 023
2.7.1 冷卻方法的分類 023
2.7.2 冷卻方法的選擇 024
2.7.3  冷卻方法選擇示例 024
2.8 電子元器件的熱特性 025
2.8.1 半導(dǎo)體器件的熱特性 025
2.8.2 電子管的熱特性 025
2.8.3 磁芯元件的熱特性 026
2.8.4 電阻器的熱特性 026
2.8.5 電容器的熱特性 026
2.8.6 鐵氧體器件的熱特性 027
2.8.7 鐵氧體存儲(chǔ)磁芯的熱特性 027
2.9 電子設(shè)備自然冷卻設(shè)計(jì) 027
2.9.1 電子元器件的自然冷卻設(shè)計(jì) 028
2.9.2 電子設(shè)備的自然冷卻設(shè)計(jì) 030
2.10 電子設(shè)備強(qiáng)迫空氣冷卻設(shè)計(jì) 033
2.10.1 強(qiáng)迫空氣冷卻的熱計(jì)算 033
2.10.2 通風(fēng)機(jī) 033
2.10.3 強(qiáng)迫空氣冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 035
2.10.4 通風(fēng)管道的設(shè)計(jì) 037
2.10.5 強(qiáng)迫空氣冷卻的機(jī)箱和機(jī)柜的設(shè)計(jì) 037
2.10.6 空氣過濾器 038
2.11 電子設(shè)備液體冷卻設(shè)計(jì) 038
2.11.1 直接液體冷卻 038
2.11.2 間接液體冷卻 039
2.11.3 液體冷卻設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題 040
2.11.4 換熱器 040
2.12 其他冷卻技術(shù) 041
2.12.1 熱管 041
2.12.2 冷板 043
2.12.3 熱電制冷 044
2.13 電子模塊的熱設(shè)計(jì) 045
2.13.1 電子模塊內(nèi)部的熱設(shè)計(jì) 045
2.13.2 采用電子模塊系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì) 045
2.13.3 電子設(shè)備及電子元器件的熱安裝技術(shù) 046
2.14 電子設(shè)備的熱性能評(píng)價(jià) 046
2.14.1 熱性能評(píng)價(jià)的目的與內(nèi)容 046
2.14.2 熱性能草測(cè) 046
2.14.3 熱性能檢查項(xiàng)目 047
2.14.4 電子元器件檢查項(xiàng)目 048
2.14.5 熱性能測(cè)量 048
2.15 現(xiàn)有電子設(shè)備熱性能的改進(jìn) 049
2.15.1 確定熱設(shè)計(jì)缺陷 049
2.15.2 熱性能改進(jìn)的制約條件 049
2.15.3 改進(jìn)費(fèi)用與壽命周期費(fèi)用的權(quán)衡 050
第3章 ANSYS Icepak基礎(chǔ) 051
3.1 ANSYS Icepak的直接啟動(dòng) 052
3.1.1 設(shè)置中文界面操作步驟 052
3.1.2 直接啟動(dòng) 052
3.2 ANSYS Workbench界面 053
3.2.1 菜單欄 054
3.2.2 工具箱 056
3.2.3 自定義工具箱 057
3.3 Workbench文檔管理 058
3.3.1 目錄結(jié)構(gòu) 058
3.3.2 顯示文件明細(xì) 058
3.4 項(xiàng)目原理圖 059
3.4.1 系統(tǒng)和單元格 059
3.4.2 單元格的類型 059
3.4.3 單元格狀態(tài) 060
3.5 在Workbench中啟動(dòng)Icepak 061
3.6 調(diào)整ANSYS Icepak窗口的大小 061
3.7 Icepak菜單欄 062
3.8 Icepak工具欄 073
3.8.1 文件命令工具欄 073
3.8.2 編輯命令工具欄 074
3.8.3 查看選項(xiàng)工具欄 074
3.8.4 方向命令工具欄 075
3.8.5 建模和求解工具欄 075
3.8.6 后處理工具欄 075
3.8.7 對(duì)象創(chuàng)建工具欄 076
3.8.8 對(duì)象修改工具欄 076
3.9 Icepak模型樹 077
3.10 實(shí)例-解壓縮Icepak模型  078
3.10.1 創(chuàng)建新項(xiàng)目 078
3.10.2 解壓縮模型 078
第4章 創(chuàng)建模型 080
4.1 概述 081
4.1.1 對(duì)象創(chuàng)建工具欄 081
4.1.2 對(duì)象修改工具欄 081
4.1.3 模型管理器窗口中的模型節(jié)點(diǎn) 081
4.1.4 模型菜單 081
4.1.5 建模前的規(guī)劃 082
4.2 基于對(duì)象建模 082
4.2.1 定義計(jì)算域 083
4.2.2 裝配體組合 085
4.2.3 熱交換器 087
4.2.4 創(chuàng)建開口 089
4.2.5 周期性邊界條件 090
4.2.6 通風(fēng)口 091
4.2.7 熱源 094
4.2.8 創(chuàng)建印刷電路板 095
4.2.9 創(chuàng)建外殼盒體 097
4.2.10 創(chuàng)建壁 098
4.3 實(shí)例-機(jī)載電子系統(tǒng)建模 100
4.3.1 創(chuàng)建新項(xiàng)目 100
4.3.2 構(gòu)建模型 101
第5章 網(wǎng)格劃分 106
5.1 ANSYS Icepak網(wǎng)格概述 107
5.2 網(wǎng)格質(zhì)量和類型 108
5.2.1 網(wǎng)格質(zhì)量 108
5.2.2 六邊形主網(wǎng)格和六面體網(wǎng)格 109
5.2.3 非連續(xù)網(wǎng)格與多級(jí)網(wǎng)格 109
5.3 全局/局部網(wǎng)格控制與檢查 109
5.3.1 全局網(wǎng)格控制 109
5.3.2 局部網(wǎng)格控制 112
5.3.3 網(wǎng)格劃分優(yōu)先級(jí) 114
5.3.4 網(wǎng)格顯示及網(wǎng)格檢查 115
5.4 網(wǎng)格劃分的原則與技巧 116
5.4.1 ANSYS Icepak 網(wǎng)格劃分原則 116
5.4.2 確定模型多級(jí)網(wǎng)格的級(jí)數(shù) 117
5.5 實(shí)例-機(jī)載電子系統(tǒng)生成網(wǎng)格 117
5.5.1 粗網(wǎng)格方法網(wǎng)格劃分 117
5.5.2 優(yōu)化網(wǎng)格 119
第6章 物理模型及求解 120
6.1 自然對(duì)流傳熱模型 121
6.1.1 自然對(duì)流控制方程及設(shè)置 121
6.1.2 自然對(duì)流模型的選擇 121
6.1.3 自然對(duì)流計(jì)算區(qū)域設(shè)置 122
6.1.4 自然冷卻模擬設(shè)置步驟 122
6.2 輻射換熱模型 123
6.2.1 Surface to Surface（S2S）輻射模型 124
6.2.2 Discrete ordinates（DO）輻射模型 125
6.2.3 Ray tracing輻射模型 126
6.2.4 三種輻射模型的比較與選擇 126
6.3 太陽熱輻射模型 127
6.4 瞬態(tài)熱模擬設(shè)置 128
6.4.1 瞬態(tài)求解設(shè)置 128
6.4.2 瞬態(tài)時(shí)間步長Time step設(shè)置 129
6.5 ANSYS Icepak基本物理模型定義 130
6.6 求解計(jì)算基本設(shè)置 130
6.6.1 求解基本設(shè)置對(duì)話框 131
6.6.2 如何判斷熱模型的流態(tài) 131
6.7 實(shí)例-機(jī)載電子系統(tǒng)計(jì)算求解 132
6.7.1 求解參數(shù)設(shè)置 132
6.7.2 保存求解 135
第7章 風(fēng)冷散熱案例 136
7.1 翅片式散熱器 137
7.1.1 問題描述 137
7.1.2 創(chuàng)建新項(xiàng)目 137
7.1.3 構(gòu)建模型 138
7.1.4 生成網(wǎng)格 143
7.1.5 求解參數(shù)設(shè)置 145
7.1.6 保存求解 147
7.1.7 檢查結(jié)果 147
7.2 非連續(xù)網(wǎng)格劃分 153
7.2.1 問題描述 153
7.2.2 創(chuàng)建新項(xiàng)目 154
7.2.3 構(gòu)建模型 154
7.2.4 生成網(wǎng)格 158
7.2.5 參數(shù)化求解設(shè)置 160
7.2.6 保存并求解 162
7.2.7 檢查結(jié)果 164
第8章 水冷散熱案例 167
8.1 冷板水冷散熱概述 168
8.2 創(chuàng)建新項(xiàng)目 168
8.3 構(gòu)建模型 169
8.4 生成網(wǎng)格 178
8.5 求解參數(shù)設(shè)置 180
8.6 保存求解 183
8.7 檢查結(jié)果 185
第9章 熱管散熱案例 190
9.1 熱管散熱與嵌套非連續(xù)網(wǎng)格概述 191
9.2 創(chuàng)建新項(xiàng)目 191
9.3 構(gòu)建模型 191
9.4 生成網(wǎng)格 206
9.5 求解參數(shù)設(shè)置 208
9.6 保存求解 210
9.7 檢查結(jié)果 211
第10章 電路板散熱案例 215
10.1 射頻放大器散熱概述 216
10.2 創(chuàng)建新項(xiàng)目 216
10.3 構(gòu)建模型 216
10.4 生成網(wǎng)格 226
10.5 求解參數(shù)設(shè)置 229
10.6 保存求解 232
10.7 檢查結(jié)果 234
第11章 參數(shù)化優(yōu)化案例 239
11.1 利用參數(shù)化優(yōu)化風(fēng)機(jī)位置 240
11.1.1 問題描述 240
11.1.2 創(chuàng)建新項(xiàng)目 240
11.1.3 構(gòu)建模型 241
11.1.4 生成網(wǎng)格 252
11.1.5 參數(shù)化求解設(shè)置 253
11.1.6 保存并求解 257
11.1.7 檢查結(jié)果 258
11.2 散熱器最小化熱阻優(yōu)化設(shè)計(jì) 263
11.2.1 問題描述 264
11.2.2 創(chuàng)建新項(xiàng)目 264
11.2.3  定義設(shè)計(jì)變量 265
11.2.4 網(wǎng)格設(shè)置 267
11.2.5 求解參數(shù)設(shè)置 268
11.2.6 保存模型 270
11.2.7 定義主函數(shù)、復(fù)合函數(shù)和目標(biāo)函數(shù) 270
11.2.8 求解 272
11.2.9 在DesignXplorer中優(yōu)化 273
11.2.10 優(yōu)化結(jié)果 278