热电冷却器.docx

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1、ANSYS课程设计 班级：工程力学08-1姓名：刘居蒙 学号：080107020002 日期：2011年1113周1.热电冷却器工作分析一、问题描述：此热电冷却器由两个边长为0.01m的正方体半导体元件和一个连接铜带组成，温度载荷=50，冷却温度为=0，电流强度I=20A。求冷却器中温度场和电场分布，模型如下所示。N型半导体元件材料参数：电阻系数；导热系数；热电系数；P型半导体元件材料参数：电阻系数；导热系数；热电系数；铜带材料参数：电阻系数；导热系数。二、问题分析：该问题属于热电耦合分析问题。选取整个热点冷却器建立几何模型，其中连接铜带的相关尺寸可任意选择，选择SOLID226热电耦合单元进

2、行求解。三、求解步骤：第一步：定义工作文件名和工作标题（1） 选择Utility Menu/File/Change Jobname命令，在对话框的/FILNAMEnter new jobname输入栏中输入工作文件名LJM1，单击“OK”按钮关闭该对话框。（2） 选择Utility Menu/File/Change Title命令，在对话框的输入栏中输入HERMOELECTRIC COOLER，单击“OK”按钮关闭该对话框。（3） 选择Utility Menu/PlotCtrls/Direction命令，在对话框的XV，YV，ZV Coords of view point输入栏中依次输入1、1

3、、1，在/VCPCoord axis orientation下拉选框中选择Z-axis up，单击“OK”按钮关闭该对话框。（4） 选择Utility Menu/Parameters/Scalar Parameters命令，在对话框的Selection输入栏中输入W=1E-2，单击“Accept”按钮；输入H=1E-3，单击“Accept”按钮；输入I=20，单击“Accept”按钮，单击“Close”按钮关闭该对话框。第二步：定义单元类型（1） 选择Main Menu/Preprocessor/Element Type/Add/Edit/Delete命令，出现Element Types对话框

4、，单击“Add”按钮，在出现的对话框中第一个列表框中选择Coupled Field，第二个列表框中选择Brick 20node226，在Element type reference number输入栏中输入1，单击“OK”按钮关闭该对话框。（2） 选择Element Types对话框上的“Options”按钮，在 出现的对话框下拉选框中选择thermoelectric，单击“OK”关闭对话框。（3） 关闭对话框。第三步：定义材料性能参数（1） 选择Main Menu/Preprocessor/Material Props/Material Models命令，出现对话框。（2） 依次点击Ther

5、mal、Conductivity、Isotropic选项，在KXX栏中输入1.3，单击“OK”。（3） 依次点击Electromagnetics、Resisticity、Constant选项，在RSVX栏中输入1.05E-5，单击“”。（4） 依次点击Thermoelectricity、Isotropic选项，在SBKX栏中输入-1.68E-4，单击“OK”。（5） 单击New Model命令，输入2单击“OK”。（6） 用上面的方法输入KXX1.2、RSVX0.95E-5、SBKX2.15E-4。（7） 单击New Model命令，输入3单击“OK”。（8） 输入KXX400、RSVX1.6

6、5E-8。（9） 关闭总对话框。第四步：创建几何模型、划分网格（1） 选择Main Menu /Preprocessor /Modeling /Create / Volumes/Block/By Dimensions命令，在对话框的X1，X2 X-coordinates输入栏中舒服W/2,3*W/2，在Y1，Y2 Y-coordinates输入栏中输入0，W，在Z1，Z2 Z-coordinates输入栏中输入0，W。（2） 单击“Apply”按钮，仿照（1）依次输入-3*W/2，-W/2，0，W，0，W。（3） 单击“Apply”按钮，依次输入-3*W/2，3*2，0，W，W，W+H。（4）

7、 单击“Apply”按钮，依次输入-2*W，-W/2，0，W，-H，0。（5） 单击“Apply”按钮，依次输入W/2，2*W，0，W，-H，0，关闭对话框。（6） 选择Select/Entities命令，在第一个下拉选框中选择Lines，第二个下拉选框中选择By Num/Pick，在第三栏中选择From Full，单击“Ok”，在出现的输入栏中输入33,34,35,36,45,46,47,47,57,58,59,60，单击“Ok”按钮。（7） 选择Main Menu/Preprocessor/Meshing/Size Cntrls/ManuaSize/Lines/Picked Line命令，

8、选择Pick All按钮，在NDIV栏中输入1，单击“OK”。（8） 选择Utility Menu/Select/Entities命令，和（6）选择一样，单击“Incert”按钮，再点“Cancel”。（9） 选择Main Menu/Preprocessor/Meshing/Size Cntrls/ManuaSize/Lines/Picked Line命令，选择Pick All按钮，在SIZE栏中输入W/4，单击“OK”。（10） 选择Select/Everything命令。（11） 选择Preprocessor/Meshing/Mesh/Mesh Attribs命令，在MAT下拉选框中选择1

9、，单击“Ok”。（12） 选择Preprocessor/Meshing/Mesh/Volumes/Mapped/4 to 6 sided命令，输入栏中输入1，单击“OK”。（13） 选择Preprocessor/Meshing/Mesh/Mesh Attribs命令，在MAT下拉选框中选择2，单击“Ok”。（14） 选择Preprocessor/Meshing/Mesh/Volumes/Mapped/4 to 6 sided命令，输入栏中输入2，单击“OK”。（15） 选择Preprocessor/Meshing/Mesh/Mesh Attribs命令，在MAT下拉选框中选择3，单击“Ok”。

10、（16） 选择Preprocessor/Meshing/Mesh/Volumes/Mapped/4 to 6 sided命令，输入栏中输入3,4,5，单击“OK”。（17） 选择Plot/Elements命令，显示网格划分结果，如下图所示。（18） 选择Main Menu/Preprocessor/Numbering Ctrls/Merge Items命令，在Label Type下拉选框中选择All，单击“Ok”。（19） 选择Main Menu / Preprocessor / Material Props /Temperature Units命令，在TOFFST下拉选框中选择Celsius

11、，单击“OK”。（20） 选择Select/Entities命令，在第一个下拉选框中选择Nodes，在第二个下拉选框中选择By Location，在第三栏中选择Z coordinates，在Min Max输入栏中输入W+H，第五栏中选择From Full，单击“OK”。（21） 选择Main Menu/preprocessor/Coupling/Ceqn/Couple DOFs命令，选择“Pick All”按钮，在NSET栏中输入1，单击“OK”。（22） 选择Parameters/Scalar Parameters命令，在Selection栏中输入nc=ndnext(0)，单击“Accept

12、”按钮，单击“Close”结束。（23） 选择Select/Entities命令，在第一个下拉选框中选择Nodes，在第二个下拉选框中选择By Location，在第三栏中选择Z coordinates，在Min Max输入栏中输入-H，第五栏中选择From Full，单击“OK”。（24） 选择Main Menu/Preprocessor/Loads/Define Loads/ Apply/Thermal/Temperature/On Nodes命令，选择“Pick All”按钮，在出现的对话框Lab2列表框中选择TEMP，在VALUE栏中输入50，单击“OK”。（25） 选择Select/

13、Entities命令，在第一个下拉选框中选择Nodes，在第二个下拉选框中选择By Location，在第三栏中选择X coordinates，在Min Max输入栏中输入-2*W，第五栏中选择From Full，单击“OK”。（26） 选择Main Menu/Preprocessor/Loads/Define Loads/ Apply/Thermal/Temperature/On Nodes命令，选择“Pick All”按钮，在出现的对话框Lab2列表框中选择VOLT，在VALUE栏中输入0，单击“OK”。（27） 选择Select/Entities命令，在第一个下拉选框中选择Nodes，在

14、第二个下拉选框中选择By Location，在第三栏中选择X coordinates，在Min Max输入栏中输入2*W，第五栏中选择From Full，单击“OK”。（28） 选择Main Menu/preprocessor/Coupling/Ceqn/Couple DOFs命令，选择“Pick All”按钮，在NSET栏中输入2，在Lab Degree-of-freedom label下拉选框中选择VOLT，单击“OK”。（29） 选择Parameters/Scalar Parameters命令，在Selection栏中输入ni=ndnext(0)，单击“Accept”按钮，单击“Clos

15、e”结束。（30） 选择Select/Everything命令。（31） 选择File/Save as命令保存操作过程。第五步：施加约束、加载求解（1） 选择Main Menu/Solution/Analysis Type/New Analysis命令，选择分析类型为Steady-State，单击“OK”。（2） 选择Main Menu/Preprocessor/Loads/Define Loads /Apply/Thermal/Temperature/On Nodes命令，输入栏中输入nc，单击“OK”按钮，在出现的对话框Lab2列表框中选择TEMP，在VALUE栏中输入0，单击“OK”按钮。（3） 选择Main Menu/Preprocessor/Loads/Define Loads /Apply/Electric/Excitation/Current/On Nodes命令，输入栏中输入ni，单击“OK”按钮，在出现的对话框VALUE输入栏中输入1，单击“OK”按钮。施加约束后的结果如下图所示。（4） 选择Main Menu/Solution/Solve/Current LS 命令，点击“OK”开始计算。（5） 保存求解结果。（6） 在命令栏中输入*get，Qc，node，nc，rf，heat，回车。（7） 选择Pa