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本书将电子散热设计分析的基本概念与ANSYS Icepak热仿真实际案例紧密结合，对ANSYS Icepak的基础操作进行了系统的讲解说明，通过大量原创的分析案例，向读者全面介绍ANSYS Icepak电子散热分析模拟的方法、步骤。全书共10章，详细讲解了ANSYS Icepak的技术特征、ANSYS Icepak建立热仿真模型的方法、ANSYS Icepak的网格划分、ANSYS Icepak热模拟的求解及后处理显示、ANSYS Icepak常见技术专题案例、ANSYS Icepak宏命令Macros详细讲解等，并在部分章节列举了相关案例。另外，本书附带在线资源，内容包括部分章节实际操作、相关的案例模型及计算结果，这些资料对读者学习、使用ANSYS Icepak软件有很大的帮助。本书适合作为电子、信息、机械、力学等相关专业的研究生或本科生学习ANSYS Icepak的参考书，也非常适合从事电子散热优化分析的工程技术人员学习参考。

目录


第1章ANSYS Icepak概述
1.1 ANSYS Icepak概述及工程应用
1.2 ANSYS Icepak与ANSYS Workbench的关系
1.2.1ANSYS Workbench平台介绍
1.2.2 ANSYS Workbench平台的启动
1.2.3 ANSYS Workbench的界面（GUI）
1.2.4 ANSYS Workbench对Icepak的作用
1.3 ANSYS Icepak热仿真流程
1.3.1建立热仿真模型
1.3.2网格划分
1.3.3求解计算设置
1.3.4后处理显示
1.4 ANSYS Icepak模块组成
1.5 ANSYS Icepak机箱强迫风冷热仿真
1.5.1实例介绍
1.5.2建立热仿真模型
1.5.3网格划分
1.5.4求解计算设置
1.5.5后处理显示
1.6某LED自然冷却模拟实例
1.6.1实例介绍
1.6.2建立热仿真模型
1.6.3网格划分
1.6.4求解计算设置
1.6.5后处理显示
1.7本章小结
第2章电子热设计基础理论
2.1电子热设计基础理论原理
2.1.1热传导
2.1.2对流换热
2.1.3辐射换热
2.1.4增强散热的几种方式
2.2电子热设计常用概念解释
2.3电子热设计冷却方法及准则方程
2.3.1自然冷却
2.3.2强迫对流
2.3.3 TEC热电制冷
2.3.4热管散热
2.3.5电子设备热设计简则及注意事项
2.4 CFD热仿真基础
2.4.1控制方程
2.4.2 ANSYS Icepak热仿真流程
2.4.3基本概念解释
2.5本章小结
第3章ANSYS Icepak技术特征及用户界面（GUI）详解
3.1 ANSYS Icepak详细技术特征
3.2 ANSYS Icepak启动方式及选项
3.2.1 ANSYS Icepak的启动
3.2.2选项设置说明
3.3 ANSYS Icepak工作目录设定
3.4 ANSYS Icepak用户界面（GUI）详细说明
3.4.1 ANSYS Icepak用户界面（GUI）介绍
3.4.2主菜单栏
3.4.3快捷工具栏
3.4.4模型树
3.4.5基于对象模型工具栏
3.4.6编辑模型命令面板
3.4.7对齐匹配命令
3.4.8图形显示区域
3.4.9消息窗口
3.4.10当前几何信息窗口
3.5模型编辑面板GUI
3.6用户自定义库的建立使用
3.7其他常用命令操作
3.7.1常用鼠标键盘操作
3.7.2常用热键操作
3.7.3单位管理
3.8本章小结
第4章ANSYS Icepak热仿真建模
4.1 ANSYS Icepak建模简述
4.2 ANSYS Icepak基于对象自建模
4.2.1 Cabinet（计算区域）
4.2.2 Assembly（装配体）
4.2.3 Heat exchangers(换热器)
4.2.4 Openings（开口）
4.2.5 Periodic boundaries（周期性边界条件）
4.2.6 Grille（二维散热孔、滤网）模型
4.2.7 Sources（热源）
4.2.8 PCB（印制电路板）
4.2.9 Plates（板）
4.2.10 Enclosures（腔体）
4.2.11 Wall（壳体）
4.2.12 Block（块）
4.2.13 Fan（轴流风机）
4.2.14 Blower（离心风机）
4.2.15 Resistance（阻尼）
4.2.16 Heatsink（散热器）
4.2.17 Package（芯片封装）
4.2.18建立新材料
4.3 ANSYS Icepak自建模实例
4.4 CAD模型导入ANSYS Icepak
4.4.1 DesignModeler简介
4.4.2 DesignModeler常用命令说明
4.4.3 ANSYS SCDM模型修复命令
4.4.4 CAD模型导入ANSYS  Icepak命令
4.4.5 CAD模型导入ANSYS  Icepak步骤、原则
4.4.6 ANSYS  Icepak自带的CAD接口
4.4.7 ANSYS SCDM与ANSYS Icepak的接口
4.5 CAD几何模型导入ANSYS  Icepak实例
4.6电子设计软件EDA模型导入ANSYS  Icepak
4.6.1 EDAIDF几何模型导入
4.6.2 EDA电路布线过孔信息导入
4.6.3 EDA封装芯片模型导入
4.7本章小结
第5章ANSYS  Icepak网格划分
5.1 ANSYS  Icepak网格控制面板
5.1.1 ANSYS  Icepak网格类型及控制
5.1.2 Hexa unstructured网格控制
5.1.3 MesherHD网格控制
5.2ANSYS  Icepak网格显示面板
5.3 ANSYS  Icepak网格质量检查面板
5.4 ANSYS  Icepak网格优先级
5.5 ANSYS  Icepak非连续性网格
5.5.1非连续性网格概念
5.5.2非连续性网格的创建
5.5.3 NonConformal Meshing非连续性网格划分的规则
5.5.4非连续性网格的自动检查
5.5.5非连续性网格应用案例
5.6 MesherHD之Multilevel多级网格
5.6.1 Multilevel(M/L)多级网格概念
5.6.2多级网格的设置
5.6.3设置Multilevel多级级数的不同方法
5.7 ANSYS  Icepak网格划分的原则与技巧
5.7.1 ANSYS  Icepak网格划分原则
5.7.2确定模型多级网格的级数
5.7.3网格划分总结
5.8 ANSYS  Icepak网格划分实例
5.8.1强迫风冷机箱
5.8.2 LED灯具强迫风冷散热模拟
5.8.3液冷冷板模型
5.8.4强迫风冷热管散热模拟
5.9本章小结
第6章ANSYS Icepak相关物理模型
6.1自然对流应用设置
6.1.1自然对流控制方程及设置
6.1.2自然对流模型的选择
6.1.3自然对流计算区域设置
6.1.4自然冷却模拟设置步骤
6.2辐射换热应用设置
6.2.1Surface to surface（S2S辐射模型）
6.2.2Discrete ordinates（DO辐射模型）
6.2.3Ray tracing（光线追踪法辐射模型）
6.2.43种辐射模型的比较与选择
6.3太阳热辐射应用设置
6.3.1太阳热辐射载荷设置
6.3.2太阳热辐射瞬态载荷案例
6.3.3热模型表面如何考虑太阳热辐射
6.4瞬态热模拟设置
6.4.1瞬态求解设置
6.4.2瞬态时间步长（Time step）设置
6.4.3变量参数的瞬态设置
6.4.4求解的瞬态设置
6.5本章小结
第7章ANSYS Icepak求解设置
7.1ANSYS Icepak基本物理模型定义
7.1.1基本物理问题定义设置面板
7.1.2基本物理问题定义向导设置
7.2自然冷却计算开启的规则
7.3求解计算基本设置
7.3.1Basic settings（求解基本设置面板）
7.3.2判断热模型的流态
7.3.3Parallel settings（并行设置面板）
7.3.4Advanced settings（高级设置面板）
7.4变量监控点设置
7.4.1直接拖曳模型
7.4.2复制粘贴
7.4.3直接输入坐标
7.4.4模型树下建立监控点
7.5求解计算面板设置
7.5.1General setup（通用设置面板）
7.5.2Advanced（高级设置面板）
7.5.3Results（结果管理面板）
7.5.4TEC热电制冷模型的计算
7.5.5恒温控制计算
7.6ANSYS Icepak计算收敛标准
7.7ANSYS Icepak删除/压缩计算结果
7.8本章小结
第8章ANSYS Icepak后处理显示
8.1ANSYS Icepak后处理说明
8.2ANSYS Icepak自带后处理显示
8.2.1Object face（体处理）
8.2.2Plane cut（切面处理）
8.2.3Isosurface（等值面处理）
8.2.4Point（点处理）
8.2.5Surface probe（探针处理）
8.2.6Variation plot（变量函数图）
8.2.7History plot（瞬态函数图）
8.2.8Trials plot（多次实验曲线图）
8.2.9Transient settings（瞬态结果处理）
8.2.10Load solution ID（加载计算结果）
8.2.11Summary report（量化报告处理）
8.2.12Power and temperature limits setup处理
8.2.13保存后处理图片
8.3Post后处理工具
8.3.1Post后处理面板1
8.3.2Post后处理面板2
8.3.3Post后处理面板3
8.3.4Post后处理面板4
8.4Report后处理工具
8.5本章小结
第9章ANSYS Icepak热仿真专题
9.1ANSYS Icepak外太空环境热仿真
9.2异形Wall热流边界的建立
9.2.1圆柱形计算区域的建立
9.2.2异形Wall的建立
9.3热流—结构动力学的耦合计算
9.4ANSYS SIwave电—热流双向耦合计算
9.5PCB导热率验证计算
9.6ANSYS Icepak参数化/优化计算
9.6.1参数化计算步骤
9.6.2Design Explorer的参数化功能
9.6.3优化计算步骤
9.7轴流风机MRF模拟
9.8机箱系统Zoomin的功能
9.8.1Profile边界说明
9.8.2Zoomin功能案例讲解
9.9ANSYS Icepak批处理计算的设置
9.10某风冷机箱热流仿真优化计算
9.10.1机箱CAD模型的修复及转化
9.10.2ANSYS Icepak热模型的修改
9.10.3热模型的网格划分
9.10.4热模型的求解计算设置
9.10.5热模型的后处理显示
9.10.6热模型自然冷却计算及后处理
9.10.7热模型的优化计算1
9.10.8热模型的优化计算2
9.11某风冷电动汽车电池包热流优化计算
9.11.1电池包CAD模型的修复及转化
9.11.2ANSYS Icepak热模型的修改
9.11.3热模型的网格划分
9.11.4热模型的求解计算设置
9.11.5热模型的后处理显示
9.11.6热模型的优化
9.12本章小结
第10章宏命令Macros
10.1宏命令Macros简介
10.2Geometry面板
10.2.1Approximation面板
10.2.2Data Center Components面板
10.2.3Heatsinks面板
10.2.4Other面板
10.2.5Packages面板
10.2.6Package-TO Devices面板
10.2.7PCB面板
10.2.8Rotate面板
10.3Modeling面板
10.3.1Heatsink Wind Tunnel面板
10.3.2SIwave Icepak Coupling面板
10.3.3Die Characterization面板
10.3.4Power Dependent Power Macro面板
10.3.5Transient Temperature Dependent Power面板
10.4Post Processing面板
10.4.1Ensight Export面板
10.4.2Report Max Values面板
10.4.3Temperature Field to ANSYS WB面板
10.4.4Write Average Metal Fractions面板
10.4.5Write Detailed Report面板
10.5Productivity面板
10.6本章小结
参考文献

前言


当前，很多高校的电子类理工科专业均将CFD理论作为选修或必修的专业课，但是学习了理论课程后，要想将其用于指导电子散热的优化设计，还需要熟练地掌握相关的CFD软件。
ANSYS Icepak软件是由世界著名的CAE供应商ANSYS公司针对电子行业开发的一款专业电子散热优化分析软件，利用CFD理论，可快速对各类电子产品进行散热模拟。目前在中国，ANSYS Icepak被广泛应用于航空航天、机车牵引、电力电子、医疗器械、汽车电子及各类消费性电子产品等；涉及的工业品包括通信机柜、手机终端、便携式计算机、变频器、变流器、LED、IC封装、光伏逆变器等。
市面上关于ANSYS Icepak的中文学习书籍、资料很少，如何快速系统掌握ANSYS Icepak软件，并将其用于指导电子散热的实际工程中，是很多电子工程师、结构工程师面临的难题。
当下ANSYS Icepak的最新版本是181，本书以2015年国防工业出版社出版的《ANSYS Icepak电子散热基础教程》为基础，深入结合ANSYS 最近几年的发展升级，将新功能进行整理，同时接受部分读者提出的建议批评，对错误及不足之处进行了改正，以帮助读者更快更好地掌握ANSYS Icepak。
本书以ANSYS Icepak 181为平台，共10章，全面系统介绍了ANSYS Icepak在电子散热工程中的模拟步骤，并配备了部分实际导航案例，旨在帮助读者掌握ANSYS Icepak的各项操作、各类面板设置等。各章具体内容为：第1章为ANSYS Icepak概述及工程应用、Icepak软件的热仿真流程、Icepak软件的模块组成等；第2章为ANSYS Icepak涉及的电子热设计基础理论，以及CFD热仿真的基础知识；第3章为ANSYS Icepak的技术特征及Icepak用户界面的详细讲解；第4章为ANSYS Icepak建立热仿真模型的详细说明，包括Icepak基于对象自建模、SCDM修复CAD模型、CAD几何模型导入Icepak（包含SCDM将CAD模型导入Icepak的方法）、EDA模型导入Icepak的讲解，并列举了相应的建模案例；第5章为ANSYS Icepak的网格划分设置说明，系统地整理了Icepak划分网格的原则及技巧，使用了部分案例讲解网格划分的操作；第6章为ANSYS Icepak相关物理模型的讲解说明；第7章为ANSYS Icepak求解计算的相应设置说明，包括判断求解计算收敛的方法，对求解计算进行压缩/删除等的讲解；第8章为ANSYS Icepak所有后处理显示的讲解说明；第9章主要针对工程中常见的热仿真专题进行了系统的讲解说明，并列举了相关案例；第10章详细讲解了ANSYS Icepak主菜单栏Macros的所有命令及设置，并配置了相应的案例。本书是多人智慧的集成，以上章节由王永康、张洁、张宇、耿丽丽4位作者共同编著，排名不分先后。
另外，在本书的编写过程中，许多朋友提出了宝贵的意见，他们是：解放军战略支援部队信息工程大学副教授李建兵，中国科学院国家空间科学中心微波室副研究员陈博，中车株洲电力机车研究所有限公司变流技术国家工程研究中心热设计师段焱辉，北京航天自动控制研究所七室主任工程师刘兵，中国科学院理化技术研究所低温工程与系统应用研究中心助理研究员张宇，合肥阳光电源股份有限公司热设计部经理周杰，中国电子科技集团第34所装备制造中心助理工程师张维海，中国电力科学研究院电力电子所高级工程师刘智刚，北京理工雷科电子信息技术有限公司结构部经理陈智勇、工程师杨永旺，天津工业大学电气工程与自动化学院老师张建新，北京全路通信信号研究设计院有限公司高级工程师张义芳等；全体作者在此向所有参与和关心本书出版的朋友致以诚挚的谢意！
由于时间仓促，加之ANSYS Icepak涉及的行业范围较广，且作者水平有限，书中难免存在错误及不足之处，恳请各位读者批评指正。所谓条条大路通罗马，本书相应的案例只是讲解某一种或几种方法，如读者有更好的方法，可来信或在网上交流。作者Email：321524166@qqcom。

王永康
于安世亚太科技股份有限公司
2018年5月10日

王永康，2007年毕业于北京科技大学工程热物理专业，硕士研究生；现任安世亚太科技股份有限公司ANSYS Icepak产品经理；工作至今，做过数十个电子产品热设计优化的咨询项目；擅长电子产品热设计基础理论培训、ANSYS Icepak软件基础培训、ANSYS Icepak软件高级培训、电子产品热设计导航培训、电子产品热设计优化咨询等。

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ANSYS Icepak电子散热基础教程（第2版）