附錄-A-Workshop-2的菜單操作格式(晶體管的穩(wěn)態(tài)熱分析)知識講解

附錄AWorkshop2的菜單操作格式(晶體管的穩(wěn)態(tài)熱分析)1Workshop2–菜單操作格式

晶體管的穩(wěn)態(tài)熱分析問題基本描述:晶體管放置在銅隔熱器上，該隔熱器放置在鋁制散熱器上。晶體管產(chǎn)生熱量，而且系統(tǒng)接收附近部件的輻射能。整個(gè)系統(tǒng)采用風(fēng)冷。設(shè)計(jì)要求:整個(gè)系統(tǒng)熱平衡時(shí)溫度不超過100°C.TransistorAluminumheatsinkCopperisolatorplaneofsymmetry本例的命令流文件在附錄C中。2Workshop2

晶體管的穩(wěn)態(tài)熱分析總體分析目標(biāo):對于本例,假設(shè)穩(wěn)態(tài)功率為20瓦，完成下列要求：1. 求出系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下溫度場的分布。2. 找出系統(tǒng)最高溫度點(diǎn)的位置和最高溫度數(shù)值。3.判斷是否有區(qū)域溫度超過設(shè)計(jì)要求，如有，找出其位置。4.用手工求解校核結(jié)果。3Workshop2

晶體管的穩(wěn)態(tài)熱分析

假設(shè)條件一個(gè)對稱面。使用國際單位制。(kg,m,s,W,J)周圍部件的輻射在建模時(shí)簡化為等效的均勻熱流。忽略元件接觸面間的接觸熱阻。晶體管材料為各向同性。晶體管發(fā)熱量不變。模型前后表面無熱傳遞。(i.e.,軸向無溫度梯度)。對流換熱系數(shù)不變，介質(zhì)溫度均一。深度為0.025m。圖中尺寸單位為米。尺寸:4

Workshop2

前處理

步驟2:改變工作文件名…1Note:所有文件,除了.log和.err都將命名為工作文件名.ext236Workshop2

前處理

步驟2:續(xù)...改變標(biāo)題.1237Workshop2

前處理

步驟3:定義單元類型…1238Workshop2

前處理步驟3:續(xù)…定義單元類型- 類型1:thermalsolid,PLANE77

12349Workshop2

前處理步驟3:續(xù)…定義單元類型- 類型2:surfaceeffectelement,SURF151

214310Workshop2

前處理步驟3:續(xù)…定義單元類型- 類型1:檢查PLANE77單元設(shè)置12311Workshop2

前處理步驟3:續(xù)…類型2:檢查SURF151單元設(shè)置123456712Workshop2

Preprocessing步驟3:續(xù)……..結(jié)束單元定義113Workshop2前處理步驟4:輸入材料1,2and3的材料特性。123注:對于穩(wěn)態(tài)熱分析，只需要熱傳導(dǎo)率。但是考慮到例題4中需要瞬態(tài)效果，所需的材料特性在此處輸入。14Workshop2

前處理步驟4:續(xù)…定義材料特性,類型1123415Workshop2

前處理步驟4:續(xù)…材料號212345616Workshop2

前處理步驟4:續(xù)……..材料類型312345617

Workshop2

前處理

步驟5:生成幾何模型步驟5a: 生成矩形314218

Workshop2

前處理

步驟5a:續(xù)43126519Workshop2

前處理步驟5a:續(xù)…34651220Workshop2

前處理步驟5a:續(xù)…打開面號，并重新畫面。12345621Workshop2

前處理步驟5a:續(xù)…畫面，不同面用顏色和面號區(qū)分。look22Workshop2

前處理步驟5a:續(xù)…將面粘貼在一起。12323Workshop2

前處理步驟5a:續(xù)look124Workshop2

前處理步驟5a:續(xù)…打開關(guān)鍵點(diǎn)號并畫面。123425Workshop2

前處理步驟5a:續(xù)…粘貼后畫面。look注:粘貼操作將獨(dú)立的實(shí)體在其公共邊界上連接起來。這些面現(xiàn)在有公共的關(guān)鍵點(diǎn)和線。26Workshop2

前處理步驟5b:生成四個(gè)倒角切換到畫線狀態(tài)，容易選取……1227Workshop2

前處理步驟5b:續(xù)...生成倒角生成四個(gè)倒角，半徑均為.0025m128Workshop2

前處理

步驟5b:續(xù)2look129Workshop2

前處理步驟5b:續(xù)...輸入倒圓角半徑尺寸………1重復(fù)這些步驟，將所有相交線段都倒圓角。next230Workshop2

前處理步驟5b:續(xù)..檢查畫線情況。next下面,生成用這些線段包圍的面。look31Workshop2

前處理步驟5b:續(xù)……..在每個(gè)倒圓角的區(qū)域生成獨(dú)立的面。12注:這四個(gè)新面可以用新生成的倒角線為邊界生成。交線在生成倒角時(shí)已經(jīng)切割好了。32Workshop2

前處理步驟5b:續(xù)選擇線段next對另外三個(gè)倒角區(qū)域重復(fù)上述步驟。look1233Workshop2

前處理步驟5b:檢查新生成的面……….look注:為了得到較好的單元質(zhì)量，倒角面要與相鄰的面相加。對于相對相鄰面小很多的面，或帶有尖角的面，應(yīng)當(dāng)與相臨面相加以消除較難劃分網(wǎng)格的區(qū)域。這樣得到的網(wǎng)格比較均勻，形狀也好些。34Workshop2

前處理步驟5c:面相加。134562注:我們在此將要相加的面選取出來。這是其中一種方法。35Workshop2

前處理步驟5c:續(xù)…12相加前:36Workshop2

前處理步驟5c:續(xù)...1look37Workshop2

前處理步驟5c:續(xù)…...查看相加后的面。注:畫面時(shí)面號打開。所有面顏色相同說明已經(jīng)加為了一個(gè)面。接近圓角處的線已經(jīng)刪除，因此可以得到較好的網(wǎng)格，并且消除了切線處的尖角。相加后:38Workshop2

前處理指定面的屬性。1步驟6:劃分網(wǎng)格.步驟6a:設(shè)置屬性.234注:我們在劃分網(wǎng)格前對三個(gè)面指定不同的材料號。39Workshop2

前處理步驟6a:續(xù)look1240Workshop2

前處理步驟6a:續(xù)..分別對三個(gè)面指定其材料號及單元類型。13注:在本題中不需要實(shí)常數(shù)，因此沒有定義。所有面都使用同樣的單元PLANE77來劃分網(wǎng)格。241Workshop2

前處理步驟6a:續(xù)look2142Workshop2

前處理步驟6a:續(xù)…指定該面的材料號為2…..13243Workshop2

前處理look21步驟6a:續(xù)44Workshop2

前處理步驟6a:續(xù)..該面指定材料號313next網(wǎng)格尺寸控制。245

Workshop2

前處理

步驟6b:單元尺寸控制使用MeshTool設(shè)置單元尺寸,SmartSize使用3。1246Workshop2

前處理步驟6c:劃分網(wǎng)格。2look147

Workshop2

前處理步驟6c:續(xù)…查看劃分網(wǎng)格結(jié)果。look48Workshop2

前處理步驟7:生成平面效果單元。步驟7a:畫線。12look注:為了生成平面效果單元，需要將對流區(qū)域的結(jié)點(diǎn)和單元選擇出來?！案郊印苯Y(jié)點(diǎn)同樣生成。平面效果單元覆蓋在PLANE77單元上，并由相同結(jié)點(diǎn)定義。49

Workshop2

前處理

步驟7a:續(xù)…選擇線段子集。423156look50

Workshop2

前處理

步驟7a:續(xù)..選擇線段。81576234注:我們在此用位置選擇線段。這是用手工拾取線段的一種替代方法。51Workshop2

前處理步驟7a:續(xù)...畫線。look1注:該線段子集上要施加對流邊界條件。52Workshop2

前處理步驟7a:續(xù)…選擇與線段相連的結(jié)點(diǎn)，然后畫結(jié)點(diǎn)。12345look67注:單元也要選擇，平面單元才會有正確的方向。53Workshop2

前處理步驟7a:續(xù)…選擇與結(jié)點(diǎn)相連的單元，并畫單元。2look314554Workshop2

前處理步驟7b:生成“附加”結(jié)點(diǎn)，用于SURF151單元定義。12345注:為方便起見，號碼5000賦給結(jié)點(diǎn)。附加結(jié)點(diǎn)的位置是變化的，因?qū)α鞑⒉蝗Q于距離。55Workshop2

前處理步驟7c:設(shè)置屬性。劃分網(wǎng)格缺省屬性設(shè)置為類型2,SURF151123456Workshop2

前處理步驟7d:生成平面效果單元。132457Workshop2

前處理步驟7d:續(xù)1look23注:使用BOX選擇或“全選”。58Workshop2

前處理步驟7d:續(xù)…..look1259Workshop2

前處理步驟7d:續(xù)….查看SURF151單元。look60Workshop2

前處理步驟8:選擇模型中所有實(shí)體。步驟9:存儲數(shù)據(jù)庫文件。步驟1-9是前處理步驟。現(xiàn)在我們開始求解過程。11cont.22為了在本時(shí)刻存儲數(shù)據(jù)庫文件以備后用，可以使用“File>>SaveAs>>transistor.db”生成數(shù)據(jù)庫文件的第二個(gè)備份。61

Workshop2

晶體管的穩(wěn)態(tài)熱分析其他熱源的等效熱流:

q*=1500W/m2高速風(fēng)扇的強(qiáng)迫對流:

h=51W/m2°CT￥=50°C晶體管功率損耗

20W-highpower熱載荷SymmetryPlane62Workshop2

求解器321步驟10:進(jìn)入求解器。開始新的穩(wěn)態(tài)分析。63Workshop2

求解器

步驟11:在晶體管區(qū)域施加熱生成載荷。23164Workshop2

求解器

步驟11:續(xù)…選擇面2look165Workshop2

求解器步驟11:續(xù)…輸入HGEN數(shù)值。2166

Workshop2

求解器

步驟12.在線上施加熱流載荷。12367Workshop2

求解器

步驟12:續(xù)..12look68Workshop2

求解器步驟12:續(xù)…輸入熱流數(shù)值。1ANSYS對流中注意事項(xiàng):熱流數(shù)值為正說明熱流入平面，不是流出。269Workshop2

求解器步驟13:在平面效果單元上施加對流載荷。

首先，選出要施加載荷的單元。12345678畫單元只是為了檢查的目的。70

Workshop2

求解器

步驟13:續(xù)...施加對流載荷。12371Workshop2

求解器步驟13:續(xù)...1look72Workshop2

求解器

步驟13:續(xù)…輸入對流載荷數(shù)值12注:介質(zhì)溫度輸入框保持為空白；Tbulk

由附加結(jié)點(diǎn)指定。73Workshop2

求解器

步驟14:在“附加”結(jié)點(diǎn)上施加溫度。12注:附加結(jié)點(diǎn)上的溫度表示流體環(huán)境溫度。74Workshop2

求解器步驟14:續(xù)...選擇“附加”結(jié)點(diǎn)21look75Workshop2

求解器

步驟14:續(xù)...輸入附加結(jié)點(diǎn)溫度2176Workshop2

求解器

步驟15:檢查熱載荷和邊界條件。123456777Workshop2

求解器

步驟15:續(xù)…檢查熱載荷和邊界條件。12378Workshop2

求解器

步驟15:續(xù)....12look只有熱流79Workshop2

求解器

12look步驟5:續(xù)..熱流和熱生成率80Workshop2

求解器

12435步驟15:續(xù)觀察對流..81Workshop2

求解器12look步驟15:續(xù)82Workshop2

求解器

步驟16:選擇所有實(shí)體并存儲數(shù)據(jù)庫。12383Workshop2

求解器

步驟17:求解。184Workshop2

求解器

步驟17a:續(xù)…查看求解狀態(tài)并開始求解。1285

Workshop2

求解器

步驟17b:確認(rèn)求解結(jié)束12步驟17c:查看出錯(cuò)文件...34next后處理86Workshop2

后處理

后處理目標(biāo)18.進(jìn)入后處理器，畫出系統(tǒng)的溫度場分布。19.找出最大溫度位置及數(shù)值。20.找出系統(tǒng)的對流熱能損失。21.畫出溫度超過100°C的區(qū)域。22.以向量方式畫出熱流。

23.以向量方式畫出溫度梯度。24.生成推導(dǎo)結(jié)果的溫度云圖。

25.使用手工計(jì)算檢查結(jié)果。26.存儲數(shù)據(jù)庫。87Workshop2

后處理

步驟18:畫溫度云圖。1256734注:只選擇PLANE77,(類型1)單元和結(jié)點(diǎn)可以更好地查看溫度場分布。88Workshop2

后處理

步驟18:畫溫度云圖-選擇實(shí)體。1098131211141589Workshop2

后處理

步驟18:續(xù)..生成溫度場分布云圖…123490

Workshop2

后處理

步驟18:續(xù)…溫度場分布look91Workshop2

后處理步驟19:查找最大溫度點(diǎn)并列出.根據(jù)自由度解(TEMP)排列結(jié)點(diǎn)。143292Workshop2

后處理

步驟19:續(xù)….生成排序表。13293Workshop2

后處理look294Workshop2

后處理12步驟19:續(xù)….沒有排序的結(jié)果。95Workshop2

后處理步驟19:續(xù)….定位#3號結(jié)點(diǎn)……打開結(jié)點(diǎn)編號。23196Workshop2

后處理

步驟19:續(xù)….放大溫度最高的區(qū)域2197Workshop2

后處理

步驟19:續(xù)…畫單元。1298Workshop2

后處理

步驟19:續(xù)…關(guān)閉PowerGraphics開關(guān)。13299Workshop2

后處理

步驟19:續(xù)…查詢結(jié)果...1342100Workshop2

后處理

步驟19:續(xù)….查詢3號結(jié)點(diǎn)位置。look1look2注:由于我們關(guān)心3號結(jié)點(diǎn)的結(jié)果，因此我們可以直接在輸入框中輸入結(jié)點(diǎn)號3，而不用在圖形窗口中選擇。101Workshop2

后處理

步驟20:找出系統(tǒng)的對流熱能損失。165432注:對流會引起熱能損失，

我們可以查看相應(yīng)的熱流速率。102Workshop2

后處理步驟20:續(xù)…列出溫度反力。look注:使用本數(shù)值與手工計(jì)算結(jié)果比較。103Workshop2

后處理

步驟21:找出溫度達(dá)到100°C的結(jié)點(diǎn)。1234104Workshop2

后處理步驟21:續(xù)….321注:用結(jié)果選擇結(jié)點(diǎn)，溫度數(shù)值范圍為100到106°C。105Workshop2

后處理

步驟21:續(xù)…畫出已選出的結(jié)點(diǎn)。look12106Workshop2

后處理步驟21:續(xù)…畫出已選擇的單元。123456look107

Workshop2

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步驟21:續(xù)…畫出溫度場結(jié)果1234108Workshop2

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步驟21:續(xù)……結(jié)果look109Workshop2

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