Icepak使用手册模型参数化.doc

2228. 模型的参数化 Icepak可以让你通过将模型参数化，来确定各个实体的大小以及其他的特性参数对计算结果的影响。参数化的方法将在以下几个章节中说明： 28.1 参数化概述 28.2 在输入框中定义参数 28.3 设置复选框 28.4定义单选按钮参数（选项参数） 28.5通过Parameters and optimization面板定义参数（设计变量） 28.6 删除参数 28.7 定义试验方案 28.8 运行试验方案 28.9 函数报告和函数图像 28.1 参数化概述 热设计的过程是通过预估各种可变参数的不同搭配的结果，从而确定一种最合适的方案，来满足设备的基本需要（例如, 最小的机柜规格，能使系统处以特定温度的最低风扇转速，最小的通风开口以及恰当的热沉类型和尺寸） 这就需要设计者通过计算不同参数组合下的结果来确定最优的方案。通过研究这些组合的计算结果，你可以知道它们是如何影响系统性能的，从而优化模型的设计。Icepak提供了一个便捷的研究环境，这使得设计者可以在同一个模型中研究在一个范围内变化的几何尺寸、坐标、边界条件（例如：通风机的特性曲线和压力损失系数）和材料属性等参数对系统的影响。之后Icepak就可以利用求解器来计算你选择的各种试验方案。这就节省了分别建造或分析每个模型和依次计算参数连续变化的各种试验方案的时间。Icepak中的参数是数字或者字符串常量，你可以用它们来取代实际的数字，这样就能轻松的改变它们的值来模拟不同的设计方案。例如：如果你想将一个通风机的流量设为0.01，就可以定义一个名为flowrate的参数并将其值置为0.01。你可以给一个参数指定多个值来对你的模型进行试验计算。每个试验方案都是一系列参数的组合，这样便可以对模型进行多次计算。此外，不同的设计方案还可以通过参数化的单选框和复选框进行参数检测。比如，在设计时，将热沉类型由压铸型改为针翅热沉的效果，可通过打开和关闭合适的热沉进行两次试验来检测。类似地，紊流的效果也可以通过设定Basic parameters面板中的Flow regime按钮来实现。在Icepak中有两种方法来定义参数： 在实体、材料、问题默认条件和求解默认条件的输入框中输入参数（参照28.2）。 在实体、材料和问题默认条件的复选框中勾选相应项目（参照28.3）。 在问题默认条件（Option Parameter）和求解默认条件的单选框中勾选相应项目（参照28.4）。 在Parameters and optimization面板中设定参数（参照28.5）。 请注意，所有实体的参数都可由输入来确定，但是宏的参数是无法更改的。 参数定义之后，你可以通过Parameters and optimization面板重新定义它的初始值和指定其它值（参照28.5）。你可以用参数来对模型定义试计算（参照28.7），并且最终用Icepak运行计算（参照28.8）并输入结果（参照28.9）。 28.2 在输入框中定义参数 所有的实体、材料、问题默认条件和求解默认条件的参数都可以通过输入框来定义。譬如，若想规定一个通风机的体积流量，你可以在Fans面板下的Flow rate项中选定Fixed后进一步勾选Volume再定义一个名为flowrate的参数并赋予其预想的数值，如图所示。定义参数名时，你可以使用任何字母和数字的组合及特殊符号（空格除外）。 在通过输入框为实体或材料定义参数时，必须在参数名前饰以“$”。比如在上例中，欲定义风扇的体积流量参数，应输入“$flowrate”。在定义一种各向异性材料时，若指定一个比例因子，则必须在Materials面板中的Tensor输入框中将这个比例因子参数用 括起来，如图所示。如果你在Object或Materials面板下定义的实体或者材料属性中含有几何参数，当点击Update或Done时，Icepak会要求你给其设定数值。例如，你在Param value面板下定义通风机的半径（$radius）时，Icepak会要求你键入一个初始值。（如图28.2.1）。 图 28.2.1: Param value面板点击Done后，Icepak就会将数值更新到图形窗口中的实体上。通过Parameters and optimization面板，你可以为一个参数指定多个值（参照28.5）。 如果你定义参数含有几何之外的其他物理性质，Icepak将默认其值为零，然后提示你进入Parameters and optimization面板指定初始值，在这里你还可以修改参数值和添加新的值（参照28.5）。在复合参数或数值输入框中，你可以键入加减乘除等简单的代数式。譬如，你可以指定通风机的体积流量为：($a*($flowrate)/ $b + 0.1) 用数学表达式定义参数时，表达式需要用小括号括起来。 请注意，在默认情况下，整型数与整型数相除的商仍为整型。如果你需要结果保留小数，那么其中一个操作数应以浮点数的形式输入。例如，当$a值为1时，$a/10 的结果是0而$a/10.0的结果则是0.1。注意参数的定义与其单位是分离的；即，参数只是纯算术值。在上面通风机体积流量的例子中， Icepak 将这样计算表达式：($a*($flowrate)/ $b + 0.1) 先代入参数值，然后把单位（例如：ft /s）缀到表达式的计算结果之后。 为了能使你快捷地为实体的副本定义常见参数（例如一组PCB板）， 在你复制实体的同时Icepak会自动拷贝已经定义了的参数，然后将这些值而不是操作对象的当前值赋给所有副本。副本的几何参数能自动地加上你为每次拷贝设定的相关量。例如，你定义一个xE轴坐标为$a的实体，然后制作它在x方向偏移的拷贝，那么副本的xE坐标就是：$a+d其中d是副本的规定偏移量。28.3 设置复选框 你可以通过定义一个参数来决定复选框中选项的开关状态。方法是：在Object、Materials或Basic parameters面板中右击复选框中的某一个选项来打开定义面板。例如，定义一个表征某实体是否存在的参数，右击该实体编辑面板下的Info选项卡中的Active复选框，就打开了Active parameter定义面板。（如图28.3.1）。图28.3.1: Active parameter定义面板有两种定义Active parameter的方法： 指定实体名要与之相同的变量名。在Active parameter面板中，选中Option is ON if variable is equal to this objects name，然后在Variable name后键入变量名。Icepak会要求你在Param value面板给变量一个初值（如图28.2.1）。必须输入一个实体名或是其他名称，并用括号括起来。 指定表达式及其值。在Active parameter面板，选中Option is ON if expression is equal to a specified value，在Expression和Value下分别输入表达式和数值。同样，你也需要在Param value面板为变量提供一个初值（如图28.2.1）。 注意，变量名和表达式前必须饰以$。 欲取消复选项的参数化，请选中Not Parameterized，然后点击On. 举例 1. 假设一个有两个热沉的模型（压铸热沉和针翅热沉），为了有选择性的开启和关闭它们，你可以定义Active的参数如下：(a) 将压铸热沉的参数设为0（关闭）和1（开启）。打开heatsink.1的Active parameter面板选择Option is ON if expression is equal to a specified value，在Expression下输入$extruded_on在Value下输入1，如图28.3.2所示。Icepak会要求你在Param value面板为变量设定一个初值，输入1点击Done。将另一个值设为0，来代表关闭此热沉，在这里你将会用到Parameters and optimization面板（参照28.5）。 图 28.3.2: 压铸热沉Active parameter的面板(b) 将针翅热沉的参数设为heatsink.2 （开启）和 off（关闭）。如上，打开heatsink.2的Active parameter面板，选择Option is ON if variable is equal to this objects name，在Variable name后输入$pin_fin_on，如图28.3.3所示。Icepak会要求你在Param value面板为变量设定一个初值，输入heatsink.2点击Done。将另一个值设为off，来代表关闭此热沉，在这里你将会用到Parameters and optimization面板（参照28.5）。图28.3.3: 针翅热沉Active parameter的面板2. 下例将说明布尔表达式的用法。假设某模型有五个肋板，你想要在五次试验中，每次将其中一个肋板换成栅格板，栅格板与原肋板的位置相同。你可以定义参数active如下：(a) 对于每个肋板，你分别可以在Active parameter面板中选择Option is ON if expression is equal to a specified value后在Expression下定义如下布尔表达式： ($grille!=1)、($grille!=2)、($grille!=3)、($grille!=4)和 ($grille!=5)，并在Value下分别键入1，代表逻辑真（其余数字均表示逻辑假）。在你为第一个肋板设定表达式后，Icepak会要求你在Param value面板为变量设一个初值，输入1后点击Done。 (b) 同样，对于每个栅格板，你分别可以在Active parameter面板中选择Option is ON if expression is equal to a specified value后在Expression下定义如下布尔表达式：($grille=1)、($grille=2)、($grille=3)、($grille=4)和($grille=5)，并在Value下分别键入1。每次试验时，将参数值设成2、3、4、5来决定当前被激活，在这里你将会用到Parameters and optimization面板（参照28.5）。 请注意：Basic parameters面板中的一个复选框参数只能定义一个表达式和一个相应值。28.4 定义单选按钮参数 ( 选项参数) 你可以通过Basic parameters、Parallel settings、或 Advanced solver setup面板设置一个参数来选择一个单选按钮的选项。方法是：在Basic parameters、Parallel settings、或 Advanced solver setup面板中右击某一个单选钮来打开定义面板。例如，欲定义一个选择流体流态的参数，只要右击Basic parameters面板中Flow regime下的Laminar 或Turbulent按钮，就打开了Option parameter定义面板。（如图 28.4.1）。图28.4.1: Option parameter定义面板在这个面板中用一个表达式为参数指定名称（例如：flow_regime），表达式的值将决定如何选择，其默认值为0，选项及使之生效的参数值都在下面列出（见图28.4.1）。譬如，默认条件时flow_regime参数的值为0，于是Laminar生效，若欲将其改为1，以使Turbulent生效，则你将需要到Parameters and optimization面板中做出更改（参照28.5）。 请注意，表达式前必须饰以$。 如果指定表达式的值不等于面板中列出的任一个值，那么默认选项将生效。28.5通过Parameters and optimization面板定义参数（设计变量）你可以使用Parameters and optimization面板定义新的参数，又叫做设计变量，或者编辑已经存在的参数（如图28.5.1, 28.5.2）。打开这个面板的方法是点击Model and solve工具条中的按钮。 图28.5.1: Parameters and optimization面板（Setup选项卡）在Parameters and optimization面板的Design variables选项卡中列有目前定义了的所有参数的名称及其有关数值（如图28.5.2）。Figure 28.5.2: The Parameters and optimization Panel ( Design variables Tab)欲定义新的参数，只需点击Design variables选项卡中的New按钮，然后在New variable name?对话框中键入参数名，Icepak会把新参数添加到Parameters and optimization面板中。你可以使用任何字母、数字和符号（空格除外）的组合作为参数名。输入参数值的方法有两种： 选择Discrete，然后在输入框中键入用逗号或空格隔开的一组数值 选择In range，然后分别输入Start value、 End value、和Increment。 点击Apply更新与这组新参数有关的可行方案的列表（如图28.7）。 如欲编辑先前定义了的参数，在相应的Base value区域为参数输入新值，你就可以用上述两种方法为一个参数指定多个值。 打开设计变量树形图以显示所有实体以及变量的相关属性。 注意，在Parameters and optimization面板的Base value域中，你可以将一个参数用于另一个参数值的定义，但是必须在参数名前饰以$。28.6 删除参数 如果模型中有你不再需要的参数，你可以将它们删去。方法是：在Parameters and optimization面板的Design variables选项卡中选择这个参数，然后点击Delete按钮（如图28.5.2）。只有在模型中不含有与此参数相关的元素时，Icepak 才允许将它删除。 要删除所有参数（设计变量）代之以它们当前的值，请点击Delete all variables按钮。28.7 定义试验方案 Icepak中的参数常用于在你的模型上进行试计算，每个试验方案对应一组参数值。Icepak会试计算Parameters and optimization面板的Design variables选项卡中所列参数的可能的组合，并将它们在Trials选项卡中列出（如图28.7.1）。或者你也可以在Solve菜单下选择Define trials看到它们。 Solve Define trials 图28.7.1: Parameters and optimization面板（Trials选项卡）有三种方法列出Parameters and optimization面板的Design variables选项卡中指定参数的可能的组合： 列出所有组合、“按栏”列出组合以及用选定值定义用户方案。在Parameters and optimization面板的Setup选项卡中选定Parametric trials后三者择其一（如图28.5.1）。所有组合：列出Parameters and optimization面板的Design variables选项卡中所列参数的所有可能的组合。“按栏”列出组合：对指定参数勾选Design variables选项卡中的Variable is by columns选项，可以控制试验组合的数量不至过多。试验的次数将可减至与未被设为“by columns”（即，相应的Variable is by columns项没有被勾选的参数）的诸参数的所有组合数目相同。例如，若定义了参数p、u和v，且它们有如下取值：(28.7-1)于是 若p设为“按栏”，则试验次数为；若u设为“按栏”，则试验次数为；若v设为“按栏”，则试验次数为；若p和u均设为“按栏”，则试验次数为；若p和v均设为“按栏”，则试验次数为；若u和v均设为“按栏”，则试验次数为；如果某个设为“按栏”的参数较其他参数的组合数有更少数目的可取值，那么在所有方案确定之前，Icepak将使用指定给这个参数的最后一个值。选择数值，这将使你能够将它们定义成一个试验组合，也可以定义新的设计变量值。这可以通过用其中一个可选项定义参数来实现（参见28.1）。你可以为一个变量指定多个值（方法如28.5）或仅使用先前定义的初始值，之后在Parameters and optimization面板的Trials选项卡输入新值进行修改。默认情况下，在选项卡中可以在一个方案中使用所有参数的基本值。点击new按钮可以生成新的方案， 新建的方案中诸参数的值同前一方案。你可以在每个参数的下拉列表中为其选择新值（已在Design variables选项卡中定义过多个数值的情况下可用）或者在参数的输入框中键入数据来变更参数值。这样你就可以生成任意多的试验方案。28.7.1 选择试验方案 从Parameters and optimization面板的Trials选项卡中列出的可能的方案中选择一个进行计算（如图28.7.1）。勾选或取消每个方案下的Select选项来切换它的选择状态。点击一个方案上边的Set按钮，将它设为Icepak运行的首选方案。请注意，在你点击了某个方案的Set按钮后，Icepak就会将这组参数载入模型，并实时更新到图形窗口。这便使你能够观察到每个方案对模型中实体造成的变化在几何尺寸上的差别。你还可以在Order后的输入框中键入适当的数字，来进一步安排诸方案的运行顺序.为了能够更快地在后一方案中得到收敛的结果，你可以在将前一方案的结果作为初始条件的基础上运行各方案（除了第一个）。因此你要在新方案的Restart ID下拉菜单中选择作为其初始条件的方案的Trial Name 。（如图28.7.2）。 图28.7.2: Parameters and optimization 面板显示的Restart ID选项（Trials 选项卡）28.8 运行试验方案 选定了要计算的方案之后，你就可以让Icepak来运行了。28.8.1 运行单个方案在Icepak模型中运行单个方案需遵循以下步骤。 1. 在Parameters and optimization面板的Setup选项卡中选择Single trial (current values)（如图 28.5.1）。2. （可选功能）你可以按照在第27中介绍的方法，在Functions选项卡中定义适当的函数，来让Icepak每次运行计算之后都产生一个或多个函数值。3. 设置求解条件。你可以在Solve面板中设置求解条件（参照32.11了解更多有关设置求解条件的内容。），方法是：在Solve菜单中选择Run solution，进入Solve面板。Solve Run solution (a) 欲查看将要运行的方案的信息，请单击Solve面板中的Trial info按钮。Icepak将在Message窗口列出有关信息，若Parameters and optimization面板此时未被打开，它也将同时被开启。(b) 如需在Icepak完成计算时生成报告，请在Solve面板中勾选Write report when finished。请参看 32.10 了解定义生成报告的细节。(c) 点击Solve 面板中Start solution的按钮开始计算。 你也可以单击Parameters and optimization面板的Accept按钮，打开Start solution面板，点击Yes开始计算。Icepak将在Parameters and optimization面板的Trials选项卡中为选中方案所指定的值代入诸参数（如图28.7.1），然后开始计算。结束后Icepak保存模拟的结果并生成报告（如果需要的话）同时将其显示在屏幕上面，还会产生一个汇总报告（如果需要的话）。接下来，你就可以进行后续的工作（如第33章介绍的那样） 或者查看Icepak产生的报告结果，如34.5节。你可以单击Monitor窗口的Terminate按钮来中止运行中的计算（参照 32.12.2了解更多内容）。求解结束后Message窗口中会出现Solution (projectname) is finished的消息。请注意Monitor窗口会保持开启，你需要点击Done才能关闭。 28.8.2 运行多个方案 对你的Icepak模型进行多次试验，请遵循以下步骤。1. 在Parameters and optimization面板的Setup选项卡选择Parametric trials，然后从All combinations、By columns、Selected values中选择一种方式。参见28.7了解细节。2. 按照28.7.1介绍的方式从Parameters and optimization面板的Trials选项卡中勾选要运行的实验方案（如图28.7.1）。这时，若想切换命名方案，可以点击Reset ，开启Trial naming对话框，你将可以从Numbered 和Value两种方式中选择一种，其中后者是用参数的值来为试验方案命名。3. （可选功能）你可以按照在第27章中介绍的方法，在Functions选项卡中定义适当的函数，来让Icepak每次运行计算之后都产生一个或多个函数值。4. 设置求解条件。你可以在Solve面板中设置求解条件（参照32.11了解更多有关设置求解条件的内容。），方法是：在Solve菜单中选择Run solution，进入Solve面板（如图28.8.1）。Solve Run solution Figure 28.8.1: The Solve Panel(a) 在Solve面板中勾选Perform multiple trials 。点击Trial info按钮可以查看将要运行的实验方案的信息，Icepak将把相关信息显示在Message窗口，包括试验次数、所使用的变量及其指定值和试验值。(b) 如果你是在多处理器计算机中运行Icepak，你可以在Solve面板中Num concurrent的输入框中指定需要同时运行的方案数目。譬如输入2，则Icepak将同时开始运行两个方案。当其中一个方案完成后，Icepak 会再开始第三方案，依此类推。 请注意，Icepak可同时运行的最大方案数取决于本机可用的许可证的数目。 (c) 如果你想将多个试验方案写入一个脚本文件，可以开启Launch from script 。这样，Icepak将会在各个试验方案分别写入不同文件后自动运行脚本文件。当你在指定Icepak写一个运行多个试验方案的脚本文件后锁定屏幕时，此选项非常有用。 (d) 若各试验方案间不涉及模型几何尺寸的变化，可以在Solve面板的Advanced选项卡中开启Use fast trials if possible选项。这样，因为只需写一个档案文件，每个方案的耗时将会有所减少，同时也可节约存储空间。否则，无论几何尺寸是否变化，软件都会为每个方案单独划分一次网格并分别写入单独的文件。 (e) 如果你希望Icepak在每个试验方案运行结束后生成一个报告，请在Solve面板的Options选项卡中勾选Write report when finished。更多关于定义报告的内容，参见 32.10。 (f) 点击Solve面板的Start solution按钮开始计算。 你也可以单击Parameters and optimization面板的Accept按钮，打开Start solution面板，点击Yes开始计算。 如果你在Solve面板中Num concurrent后的输入框中键入1，Icepak 会将在Parameters and optimization面板的Trials选项卡中指定的首选方案的参数值代入参数（如图 28.7.1）然后开始计算，其解决方案ID记为trial000。计算完成后，Icepak 会保存模拟结果并生成报告或函数值（如果要求的话）。接着，Icepak 会将在Parameters and optimization面板的Trials选项卡中指定的第二方案的参数值代入参数，再次开始计算。计算完成后，Icepak会按新的解决方案ID（trial001）保存模拟结果并生成报告。如此代入参数值、求解、保存结果、生成报告循环往复，直到所有试验方案全部运行完毕。如果你指定了Icepak同时运行两个或多个计算项目，软件会将在Parameters and optimization面板的Trials选项卡中指定的首选方案的参数值代入参数（如图 28.7.1）然后开始计算，其解决方案ID记为trial000。紧接着，Icepak 会将在Parameters and optimization面板的Trials选项卡中指定的第二方案的参数值代入参数，开始解决方案ID为（trial001）的第二个运算项目。第一个计算完成后, Icepak 会保存模拟结果并生