ANSYS电热耦合分析.docx

一、 Electric-Thermal AnalysisANSYS中电热耦合分析主要焦耳热效应（Joule heating）、塞贝克效应（Seebeck effect）、珀尔帖效应（Peltier effect）、珀尔帖效应(Thomson effect)。我们这里的分析主要是Joule heating分析，即通电产生热量，用于加热双层薄片。1. ANSYS电-热耦合知识点1.1、Element DOFs选项：UX, UY, UZ, and TEMP：可用于Thermal-Electric Analysis 的单元类型如上表所示，其中LINK68, PLANE67, SOLID69, and SHELL157 是专用的thermal-electric elements，专用于Joule heating effects，SOLID5, SOLID98, PLANE223, SOLID226, and SOLID227 则需要选择DOFs选项为TEMP and VOLT。For SOLID5 or SOLID98, set KEYOPT(1) to 1；For PLANE223, SOLID226, or SOLID227, set KEYOPT(1) to 110。1.2、Material Properties设置：对于Joule heating effects，需要设置材料参数：电学参数：electric permittivity电阻率RSVX、RSVY、RSVZ热学参数：thermal conductivity导热系数KXX, KYY, KZZ 若考虑瞬态热效应，需设置密度DENS、比热C或焓ENTH1.3、Load载荷设置：设置Applied Voltage or Current设置对流、辐射、传热等边界条件1.4、Solve求解进行ANSYS三维电热分析，选择SOLID69单元，为专用于焦耳热分析的单元，只需设置电阻率RSVX、导热系数KXX，加载电压VOLT、对流系数CONV即可进行求解，不考虑加热元件本身的热变形；选择SOLID98，除以上参数外，还可以设置弹性模量EX、泊松比PRXY、热膨胀系数ALPX，即可分析加热元件本身的变形。2. 实践操作：以多晶硅polysilicon作为加热元件材料，选择SOLID69单元，设计简单的元件结构，设置材料参数RSVX、KXX，加载5V电压，空气对流系数为12.5W/(m2)，外界温度为20。2.1、ANSYS命令流/FILNAME,Ex Eletric Thermal PolySi/PREP7! Define problem parameters!E3=155e9P3=0.22K3=150A3=2.9e-6R3=2.3e-3C3=700D3=2330U=5! Choose Element and define MP!ET,1,SOLID69KEYOPT,1,1,0MP,RSVX,1,R3MP,KXX,1,K3! Finite element model!BLOCK,0,5E-6,0,5E-6,0,0.5E-6BLOCK,0,4.5E-6,0.5E-6,4.5E-6,0,0.5E-6/PNUM,VOLU,1VPLOTVSBV,1,2SAVELESIZE,ALL,0.5e-6TYPE,1MAT,1VMESH,PEPLOTSAVE! Define Load and boundary conditions!/PNUM,AREA,1APLOTASEL,S,13DA,ALL,VOLT,0ASEL,S,14DA,ALL,VOLT,UALLSELASEL,S,3,4SFA,ALL,1,CONV,12.5,20ASEL,S,6SFA,ALL,1,CONV,12.5,20ASEL,S,15,16SFA,ALL,1,CONV,12.5,20ALLSELSAVEFINISH/SOL/STATUS,SOLUSOLVE/POST1PRNSOL,TEMP2.2、部分分析结果视图3D-Nodal Temperature3D-Potential Distribution 3D