求解参数的设置主要关系到模型的准确性和算法的准确性,工程师对模型的理解往往决定了模型仿真结果的优劣。
比如,在什么样的仿真尺度中需要考虑物体间的接触热阻,一般大尺度可以忽略该接触热阻;但是,当仿真对象是一个很小的尺度,比如PCB/IC,那么需要一定的经验给出接触热阻的参数(通过plate实现)。
另外对于含有强迫换流的工况,在模型简化的时候应该控制流道的形状避免直角弯,这有悖于Icepak网格划分的基本原则,但是在CFD求解过程中,这样的直角湾很容易导致流动方程的不收敛。因此在该建模过程中需要对流道做适当修正,使其不影响仿真结果,同时优化仿真的收敛速度。
像以上这样的情况有很多,需要工程师在实践过程中,不断积累经验。本文主要介绍一些典型的应用命令。
1、材料参数
Icepak中材料参数分为三类:固体、流体、表面材料。Icepak有丰富的材料库,但是有一些特殊的散热材料需要和材料供应商索要材料信息,因此也需要工程师对材料本身有一定的了解。
固体材料比较简单,主要有以下几个参数:
-Density: 密度,材料基本属性和质量相关,影响温度动态
-Specific heat:比热,基本属性,影响温度动态
-Condutivity:导热率,影响温度的稳态,对应热阻
-Condutivity type:传导形式一般采用各向同性(Isotropic)
流体材料分为气体和液体,参数较多,主要有以下几个参数:
-Vol.expansion: 体积膨胀率,一般气体需要考虑,液体可参考水设置
-Viscosity:粘性系数,和流体形态相关,主要影响CFD计算结果
-Density:密度,基本参数,温度动态相关
-Specific heat:比热,基本属性,影响温度动态
-Condutivity:导热率,影响温度的稳态,对应热阻
-Diffusivity:扩散率,和CFD相关,影响流体形态
-Molecular weight:摩尔质量,和热关系不大
PS:一般认为液体不可压缩,在建模某种配比的冷却液,可以参考water参数,重点把握密度、比热和导热率。
表面材料主要影响热辐射,通常情况下选择默认的氧化膜表面就行,如果应用场合特殊,比如外太空,高原地区产品,那么需要对表面材料提出新的要求。
以下参数均和热辐射有关,其中影响最大最直接的是粗糙度(Roughness)和发射率(Emissivity)
2、模型参数
模型参数主要应用于每一个object的参数设定,主要设定物体的传热形态。
其中最主要的物体Block模型为Soild,其参数设定如下,除了物体材料的选择,最多样的就是其功率的选择
-Constant: 常数,最为常用
-Temp dependent:温度和损耗功率的关系
-Joule heating:一般为被动热源,比如电阻
-LED source:LED热源/比较专用
Hollow 模型主要应用于,异形求解域的构建,比如FAN必须放置在整体模型的内部,需要通过Hollow把这段隔离出来,用于放置FAN。另外可以大大简化复杂模型的求解空间。
关于Hollow的设置主要在流个面上传热形态进行设定,比如可以定温度,可以定传热效率,可以表示为热阻。
流体(Fluid)模型参数设定比较简单,一般在特殊场合才会用到Block 形式的Fluid,比如狭小的空气间隙,该部分流体的流动可以忽略。
Network 模型参数设定比较好用,一般常用于半导体器件的建模,因为在IC器件的规格书中往往厂家提供了详尽的热阻参数,因此采用Network模型能够快速准确的对IC器件进行建模。Network提供了集中形式的参数设定,根据需要进行相应尺度的参数设置即可。
3、求解参数
在Icepak内部,求解参数的设置比较友好,根据所模拟的工况可以很容易的对仿真对象进行边界条件的设定,如下主要包括:基本参数、默认参数、稳态/瞬态仿真、气体/海拔等高级参数。
-基本参数:用于设定求解的形式,辐射形式,流体形式(一般根据雷诺数选定层流or湍流),重力场设定(自然对流需要设定)。
-默认参数:主要对材料和温度的默认值进行设定。
-稳态/瞬态仿真:求解器设置,对于一个确定方向的流体,可以在该方向加一个初速度,加快仿真收敛。
-气体/海拔等高级参数:该参数主要利用内置海拔数据,简化仿真的复杂度。
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