ansys集合专题教程热传导appendixa

附录AWorkshop2的菜单操作格式(晶体管的稳态热分析)A-2Workshop2–菜单操作格式

晶体管的稳态热分析问题基本描述:晶体管放置在铜隔热器上，该隔热器放置在铝制散热器上。晶体管产生热量，而且系统接收附近部件的辐射能。整个系统采用风冷。设计要求:整个系统热平衡时温度不超过100°C.TransistorAluminumheatsinkCopperisolatorplaneofsymmetry本例的命令流文件在附录C中。A-3Workshop2

晶体管的稳态热分析总体分析目标:对于本例,假设稳态功率为20瓦，完成下列要求：1. 求出系统在稳态下温度场的分布。2. 找出系统最高温度点的位置和最高温度数值。3.判断是否有区域温度超过设计要求，如有，找出其位置。4.用手工求解校核结果。A-4Workshop2

晶体管的稳态热分析

假设条件一个对称面。使用国际单位制。(kg,m,s,W,J)周围部件的辐射在建模时简化为等效的均匀热流。忽略元件接触面间的接触热阻。晶体管材料为各向同性。晶体管发热量不变。模型前后表面无热传递。(i.e.,轴向无温度梯度)。对流换热系数不变，介质温度均一。深度为0.025m。图中尺寸单位为米。尺寸:A-5

Workshop2

前处理

步骤1–菜单过滤选项设置为热。312A-6

Workshop2

前处理

步骤2:改变工作文件名…1Note:所有文件,除了.log和.err都将命名为工作文件名.ext23A-7Workshop2

前处理

步骤2:续...改变标题.123A-8Workshop2

前处理

步骤3:定义单元类型…123A-9Workshop2

前处理步骤3:续…定义单元类型- 类型1:thermalsolid,PLANE77

1234A-10Workshop2

前处理步骤3:续…定义单元类型- 类型2:surfaceeffectelement,SURF151

2143A-11Workshop2

前处理步骤3:续…定义单元类型- 类型1:检查PLANE77单元设置123A-12Workshop2

前处理步骤3:续…类型2:检查SURF151单元设置1234567A-13Workshop2

Preprocessing步骤3:续……..结束单元定义1A-14Workshop2前处理步骤4:输入材料1,2and3的材料特性。123注:对于稳态热分析，只需要热传导率。但是考虑到例题4中需要瞬态效果，所需的材料特性在此处输入。A-15Workshop2

前处理步骤4:续…定义材料特性,类型11234A-16Workshop2

前处理步骤4:续…材料号2123456A-17Workshop2

前处理步骤4:续……..材料类型3123456A-18

Workshop2

前处理

步骤5:生成几何模型步骤5a: 生成矩形3142A-19

Workshop2

前处理

步骤5a:续431265A-20Workshop2

前处理步骤5a:续…346512A-21Workshop2

前处理步骤5a:续…打开面号，并重新画面。123456A-22Workshop2

前处理步骤5a:续…画面，不同面用颜色和面号区分。lookA-23Workshop2

前处理步骤5a:续…将面粘贴在一起。123A-24Workshop2

前处理步骤5a:续look1A-25Workshop2

前处理步骤5a:续…打开关键点号并画面。1234A-26Workshop2

前处理步骤5a:续…粘贴后画面。look注:粘贴操作将独立的实体在其公共边界上连接起来。这些面现在有公共的关键点和线。A-27Workshop2

前处理步骤5b:生成四个倒角切换到画线状态，容易选取……12A-28Workshop2

前处理步骤5b:续...生成倒角生成四个倒角，半径均为.0025m1A-29Workshop2

前处理

步骤5b:续2look1A-30Workshop2

前处理步骤5b:续...输入倒圆角半径尺寸………1重复这些步骤，将所有相交线段都倒圆角。next2A-31Workshop2

前处理步骤5b:续..检查画线情况。next下面,生成用这些线段包围的面。lookA-32Workshop2

前处理步骤5b:续……..在每个倒圆角的区域生成独立的面。12注:这四个新面可以用新生成的倒角线为边界生成。交线在生成倒角时已经切割好了。A-33Workshop2

前处理步骤5b:续选择线段next对另外三个倒角区域重复上述步骤。look12A-34Workshop2

前处理步骤5b:检查新生成的面……….look注:为了得到较好的单元质量，倒角面要与相邻的面相加。对于相对相邻面小很多的面，或带有尖角的面，应当与相临面相加以消除较难划分网格的区域。这样得到的网格比较均匀，形状也好些。A-35Workshop2

前处理步骤5c:面相加。134562注:我们在此将要相加的面选取出来。这是其中一种方法。A-36Workshop2

前处理步骤5c:续…12相加前:A-37Workshop2

前处理步骤5c:续...1lookA-38Workshop2

前处理步骤5c:续…...查看相加后的面。注:画面时面号打开。所有面颜色相同说明已经加为了一个面。接近圆角处的线已经删除，因此可以得到较好的网格，并且消除了切线处的尖角。相加后:A-39Workshop2

前处理指定面的属性。1步骤6:划分网格.步骤6a:设置属性.234注:我们在划分网格前对三个面指定不同的材料号。A-40Workshop2

前处理步骤6a:续look12A-41Workshop2

前处理步骤6a:续..分别对三个面指定其材料号及单元类型。13注:在本题中不需要实常数，因此没有定义。所有面都使用同样的单元PLANE77来划分网格。2A-42Workshop2

前处理步骤6a:续look21A-43Workshop2

前处理步骤6a:续…指定该面的材料号为2…..132A-44Workshop2

前处理look21步骤6a:续A-45Workshop2

前处理步骤6a:续..该面指定材料号313next网格尺寸控制。2A-46

Workshop2

前处理

步骤6b:单元尺寸控制使用MeshTool设置单元尺寸,SmartSize使用3。12A-47Workshop2

前处理步骤6c:划分网格。2look1A-48

Workshop2

前处理步骤6c:续…查看划分网格结果。lookA-49Workshop2

前处理步骤7:生成平面效果单元。步骤7a:画线。12look注:为了生成平面效果单元，需要将对流区域的结点和单元选择出来。“附加”结点同样生成。平面效果单元覆盖在PLANE77单元上，并由相同结点定义。A-50

Workshop2

前处理

步骤7a:续…选择线段子集。423156lookA-51

Workshop2

前处理

步骤7a:续..选择线段。81576234注:我们在此用位置选择线段。这是用手工拾取线段的一种替代方法。A-52Workshop2

前处理步骤7a:续...画线。look1注:该线段子集上要施加对流边界条件。A-53Workshop2

前处理步骤7a:续…选择与线段相连的结点，然后画结点。12345look67注:单元也要选择，平面单元才会有正确的方向。A-54Workshop2

前处理步骤7a:续…选择与结点相连的单元，并画单元。2look3145A-55Workshop2

前处理步骤7b:生成“附加”结点，用于SURF151单元定义。12345注:为方便起见，号码5000赋给结点。附加结点的位置是变化的，因对流并不取决于距离。A-56Workshop2

前处理步骤7c:设置属性。划分网格缺省属性设置为类型2,SURF1511234A-57Workshop2

前处理步骤7d:生成平面效果单元。1324A-58Workshop2

前处理步骤7d:续1look23注:使用BOX选择或“全选”。A-59Workshop2

前处理步骤7d:续…..look12A-60Workshop2

前处理步骤7d:续….查看SURF151单元。lookA-61Workshop2

前处理步骤8:选择模型中所有实体。步骤9:存储数据库文件。步骤1-9是前处理步骤。现在我们开始求解过程。11cont.22为了在本时刻存储数据库文件以备后用，可以使用“File>>SaveAs>>transistor.db”生成数据库文件的第二个备份。A-62

Workshop2

晶体管的稳态热分析其他热源的等效热流:

q*=1500W/m2高速风扇的强迫对流:

h=51W/m2°CT¥=50°C晶体管功率损耗

20W-highpower热载荷SymmetryPlaneA-63Workshop2

求解器321步骤10:进入求解器。开始新的稳态分析。A-64Workshop2

求解器

步骤11:在晶体管区域施加热生成载荷。231A-65Workshop2

求解器

步骤11:续…选择面2look1A-66Workshop2

求解器步骤11:续…输入HGEN数值。21A-67

Workshop2

求解器

步骤12.在线上施加热流载荷。123A-68Workshop2

求解器

步骤12:续..12lookA-69Workshop2

求解器步骤12:续…输入热流数值。1ANSYS对流中注意事项:热流数值为正说明热流入平面，不是流出。2A-70Workshop2

求解器步骤13:在平面效果单元上施加对流载荷。

首先，选出要施加载荷的单元。12345678画单元只是为了检查的目的。A-71

Workshop2

求解器

步骤13:续...施加对流载荷。123A-72Workshop2

求解器步骤13:续...1lookA-73Workshop2

求解器

步骤13:续…输入对流载荷数值12注:介质温度输入框保持为空白；Tbulk

由附加结点指定。A-74Workshop2

求解器

步骤14:在“附加”结点上施加温度。12注:附加结点上的温度表示流体环境温度。A-75Workshop2

求解器步骤14:续...选择“附加”结点21lookA-76Workshop2

求解器

步骤14:续...输入附加结点温度21A-77Workshop2

求解器

步骤15:检查热载荷和边界条件。1234567A-78Workshop2

求解器

步骤15:续…检查热载荷和边界条件。123A-79Workshop2

求解器

步骤15:续....12look只有热流A-80Workshop2

求解器

12look步骤5:续..热流和热生成率A-81Workshop2

求解器

12435步骤15:续观察对流..A-82Workshop2

求解器12look步骤15:续A-83Workshop2

求解器

步骤16:选择所有实体并存储数据库。123A-84Workshop2

求解器

步骤17:求解。1A-85Workshop2

求解器

步骤17a:续…查看求解状态并开始求解。12A-86

Workshop2

求解器

步骤17b:确认求解结束12步骤17c:查看出错文件...34next后处理A-87Workshop2

后处理

后处理目标18.进入后处理器，画出系统的温度场分布。19.找出最大温度位置及数值。20.找出系统的对流热能损失。21.画出温度超过100°C的区域。22.以向量方式画出热流。

23.以向量方式画出温度梯度。24.生成推导结果的温度云图。

25.使用手工计算检查结果。26.存储数据库。A-88Workshop2

后处理

步骤18:画温度云图。1256734注:只选择PLANE77,(类型1)单元和结点可以更好地查看温度场分布。A-89Workshop2

后处理

步骤18:画温度云图-选择实体。10981312111415A-90Workshop2

后处理

步骤18:续..生成温度场分布云图…1234A-91

Workshop2

后处理

步骤18:续…温度场分布lookA-92Workshop2

后处理步骤19:查找最大温度点并列出.根据自由度解(TEMP)排列结点。1432A-93Workshop2

后处理

步骤19:续….生成排序表。132A-94Workshop2

后处理look2A-95Workshop2

后处理12步骤19:续….没有排序的结果。A-96Workshop2

后处理步骤19:续….定位#3号结点……打开结点编号。231A-97Workshop2

后处理

步骤19:续….放大温度最高的区域21A-98Workshop2

后处理

步骤19:续…画单元。12A-99Workshop2

后处理

步骤19:续…关闭PowerGraphics开关。132A-100Workshop2

后处理

步骤19:续…查询结果...1342A-101Workshop2

后处理

步骤19:续….查询3号结点位置。look1look2注:由于我们关心3号结点的结果，因此我们可以直接在输入框中输入结点号3，而不用在图形窗口中选择。A-102Workshop2

后处理

步骤20:找出系统的对流热能损失。165432注:对流会引起热能损失，

我们可以查看相应的热流速率。A-103Workshop2

后处理步骤20:续…列出温度反力。look注:使用本数值与手工计算结果比较。A-104Workshop2

后处理

步骤21:找出温度达到100°C的结点。1234A-105Workshop2

后处理步骤21:续….321注:用结果选择结点，温度数值范围为100到106°C。A-106Workshop2

后处理

步骤21:续…画出已选出的结点。look12A-107Workshop2

后处理步骤21:续…画出已选择的单元。123456lookA-108

Workshop2

后处理

步骤21:续…画出温度场结果1234A-109Workshop2

后处理

步骤21:续……结果lookA-110Workshop