aws_heat_transfer_110_ws02

1、Workbench-Simulation Heat Transfer 11.0Workshop 2 晶体管(稳态热分析)July 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-1Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. Proprietary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100C。 July 14, 2008 2008

2、ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-2Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. Proprietaryplane of symmetry晶体管铜隔热器铝制散热器几何文件是transitor.agdb晶体管稳态热分析 Workshop Supplement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. 使用手工计算验

3、证结果。July 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-3Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. Proprietary晶体管稳态热分析 Workshop Supplement尺寸:July 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-4Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. ProprietaryA

4、ssumptions假 设One plane of mirror symmetry. Use SI units. (kg, m, s, W, J) 平Ra面di镜ati象on对fr称om。surrounding components 使is用mSodI单ele位d 。as(kang,emqu,ivsa,leWn,t Ju)niform 环he境at的flu辐x.射作为等效均匀热流密度建模 Neglect contact resistance at component。interfaces. 忽Ho略m组og件en接eo口us的tr接an触sis热to阻r m。aterial. 各Un向if同o

5、rm性t的ra晶ns体ist管or 材he料at 。generation. 均No匀h晶ea体t t管ran热sf生er成on。front and back 前su面rfa和ce背s 面无热传递; (无轴向温度梯度) 。Convection modeled with uniform film 对co流ef由fic均ien匀t a换nd热c系on数st和an恒t b定ulk的fl介uid质温度 temperature.建De模pt。h is 0.025m 深度为 0.025m All dimensions shown are in meters. 所Fi有lle单ts 位wil为l h米av。e

6、 a radius of .0024m晶体管稳态热分析 Workshop Supplement其他设备辐射的等效热晶体管热耗散:20 W - 高功率 流:q* = 1500 W/m2热载冷却叶片高速的强制对流:h = 51 W/m2 CT = 50 C对称面July 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-5Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. Proprietary晶体管稳态热分析 Workshop Supplement1 双击 “trans

7、itor.agdb” ，将其导入到Design Modeler。或者启动Workbench，然后浏览找到此文件。 2 返回到Project页，激活Advanced Geometry Defaults。分析类型更改为2D 。 如果不进行此步骤，则不能允许添加边载荷!3 将三个实体分别重新命名为 “transitor”，”isolator”和”heat sink”。4 完成后参看第四张幻灯片。July 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-6Workbench-Simulation Heat Tran

8、sfer ANSYS, Inc. ProprietaryDM工作 Workshop Supplement新的分析开始前，此项设为2DJuly 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-7Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. ProprietaryProject 页 Workshop Supplement- 返回到Project页，保存项目，打开新的simulation页。 点击New Analysis ， 选 择 Steady State The

9、rmal。 - 关闭Analysis Map。设定新的分析之前July 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-8Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. ProprietarySimulation页 Workshop SupplementJuly 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-9Workbench-Simulation Heat Transf

10、er ANSYS, Inc. ProprietarySimulation页 Workshop Supplement 默认材料是结构钢。可以建立自己的材料。 如果要在Engineering Data中填入了合适的信息，可以选择“New Material” ，这样可以输入更多的名称。 July 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-10Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. Proprietary添加材料 Workshop Supplement为每

11、个体建立新的材料，数据如右图所示。 可以高亮 “Materials”然后右击，插入新的材料。 在Engineering Data页，有两个窗口Tabs。 如果窗口的组织形式发生了变化，可以重新读入默认的窗口位置设置: “View Restore Original Window LayoutJuly 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-11Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. ProprietaryBodyMaterialMat No.%Vo

12、lDensity (Kg/m3)Thermal Cond. (W /m/C)Specific Heat (J/Kg/C)Transistor (1)Metal110.2350050500Isolator (2)Copper27.68900393385Heat Sink (3)Aluminum382.22700156963Volume Averaged3255.2163.3871.7添加材料 Workshop Supplement 为每个体设置厚度0.025 m。设置选项在高亮状态下的细节栏中。 注意到模型树中有 “Connections” 一项，但是不需要任何子项。因为模型为一个连续网格的体。

13、 July 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-12Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. Proprietary厚度和接触 Workshop Supplement1 点击Heat，从下拉菜单中选择 Heat flux。 2 打开边过滤器 3 选择三个边 (使用CTRL键来进行多个体素的选择)记得要点击 “apply”来确认选择。 4 输入数值 July 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserve

14、d.Inventory #002557 WS2-13Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. Proprietary建立边界条件- 热通量Workshop Supplement4312 直接在晶体管的面上施加全功率热生成:1- 选择Heat 在下拉菜单中选择Internal Heat Generation。 2- 激过滤器。 3- 选择晶体管的面点击apply4 输入数值4(.02m.0075m.025m)m3July 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #00255

15、7 WS2-14Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. Proprietary&q& =20 W= 5,333,333 W31晶体管的热生成 Workshop Supplement2 在边上设置对流载荷.July 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-15Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. Proprietary对流热损耗 Workshop Supplement高亮SOLUTION然后右

16、击插入 July 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-16Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. Proprietary插入温度求解项 Workshop SupplementJuly 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-17Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. Proprietary温度求

17、解项 Workshop Supplement 热流通过热生成和热通量载荷流入模型，通过对流 面流出模型。 确保施加了正确的载荷，计算模型上的高功率稳态反作用热流率。比较这个结果与在表面效应单元的环境流体节点（如，节点5000）上的反作用热流。 记得，我们的使用半对称模型，深度为.025。 在对流表面上建立一个反作用探测器来检测热量的 流动。 July 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-18Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. Propri

18、etaryQss = -(&q& VT + q* AH )其中:VT =晶体管体积 AH = 热通量覆盖的表面积后处理 Workshop Supplement 使用下面的公式来评估平均温度。使用模型材料属性的平均质量来计算近似的平均稳态温度Tss :这个方程假设热阻主要是因对流而产生。这个假设适用于Biot 数 0.1时。 July 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-19Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. Proprietary其中:q* = 热通量AH积AC = 对流面积 h = 对流换热系数 T = 环境流体温度.