1、Workbench-Simulation Heat Transfer 11.0Workshop 2 晶體管 (穩(wěn)態(tài)熱分析)July 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Workbench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. ProprietaryInventory #002557 WS2-1晶體管穩(wěn)態(tài)熱分析 Workshop SupplementJuly 14, 2008 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #002557 WS2-20Work

2、bench-Simulation Heat Transfer ANSYS, Inc. Proprietary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 plane of symmetry100C。 幾何文件是transitor.agdb 晶體管 銅隔熱器鋁制散熱器 晶體管穩(wěn)態(tài)熱分析 Workshop Supplement總體分析目標(biāo):對(duì)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(chǎng)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、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. 使用手工計(jì)算驗(yàn)證結(jié)果。 晶體管穩(wěn)態(tài)熱分析 Workshop SupplementAssumptionsOne plane of mirror symmetry.Use SI units. (kg, m, s, W, J)Radiation from surrounding components is modeled as an equivalent uniform heat flux.Neglect contact resistance at component interfaces.Homogeneous transistor

4、material.Uniform transistor heat generation.No heat transfer on front and back surfacesConvection modeled with uniform film coefficient and constant bulk fluid temperature.Depth is 0.025mAll dimensions shown are in meters.Fillets will have a radius of .0024m假設(shè) 平面鏡象對(duì)稱。 使用SI單位。(kg, m, s, W, J) 環(huán)境的輻射作為

5、等效均勻熱流密度建模 。 忽略組件接口的接觸熱阻。 各向同性的晶體管材料。 均勻晶體管熱生成。 前面和背面無(wú)熱傳遞; (無(wú)軸向溫度梯度)。 對(duì)流由均勻換熱系數(shù)和恒定的介質(zhì)溫度建模。 深度為 0.025m 所有單位為米。 尺寸:晶體管穩(wěn)態(tài)熱分析 Workshop Supplement晶體管熱耗散:20 W - 高功率 其他設(shè)備輻射的等效熱流:q* = 1500 W/m2熱載 對(duì)稱面冷卻葉片高速的強(qiáng) 制對(duì)流:h = 51 W/m2 CT = 50 CDM工作 Workshop Supplement1 雙擊 “transitor.agdb” ，將其導(dǎo)入到Design Modeler。或者啟動(dòng)Work

6、bench，然后瀏覽找到此文件。 2 返回到Project頁(yè)，激活A(yù)dvanced Geometry Defaults。分析類型更改為2D 。 如果不進(jìn)行此步驟，則不能允許添加邊載荷!3 將三個(gè)實(shí)體分別重新命名為 “transitor”，”isolator”和”heat sink”。4 完成后參看第四張幻燈片。 Project 頁(yè) Workshop Supplement新的分析開始前，此項(xiàng)設(shè)為2DSimulation頁(yè) Workshop Supplement- 返回到Project頁(yè)，保存項(xiàng)目，打開新的simulation頁(yè)。 點(diǎn)擊New Analysis ， 選 擇 Steady State

7、 Thermal。 - 關(guān)閉Analysis Map。 設(shè)定新的分析之前Simulation頁(yè) Workshop Supplement添加材料 默認(rèn)材料是結(jié)構(gòu)鋼?？梢越⒆约旱牟牧稀?如果要在Engineering Data中填入了合適的信息，可以選擇“New Material” ，這樣可以輸入更多的名稱。 添加材料 Workshop Supplement BodyMaterialMat No.%VolDensity (Kg/m3)Thermal Cond. (W /m/C)Specific Heat (J/Kg/C)Transistor (1)Metal11 0.2350050500Isol

8、ator (2)Copper27.68900393385Heat Sink (3)Aluminum382.22700156963Volume Averaged3255.2163.3871.7為每個(gè)體建立新的材料 ，數(shù)據(jù)如右圖所示。 可以高亮 “Materials”然后右擊，插入新的材料。 在Engineering Data頁(yè)，有兩個(gè)窗口Tabs。 如果窗口的組織形式發(fā)生了變化，可以重新讀入默認(rèn)的窗口位置設(shè)置: “View Restore Original Window Layout厚度和接觸 Workshop Supplement 為每個(gè)體設(shè)置厚度0.025 m。設(shè)置選項(xiàng)在高亮狀態(tài)下的細(xì)節(jié)欄中

9、。 注意到模型樹中有 “Connections” 一項(xiàng)，但是不需要任何子項(xiàng)。因?yàn)槟Ｐ蜑橐粋€(gè)連續(xù)網(wǎng)格的體。建立邊界條件- 熱通量 1 點(diǎn)擊Heat，從下拉菜單中選擇 Heat flux。 2 打開邊過濾器 3 選擇三個(gè)邊 (使用CTRL鍵來(lái)進(jìn)行多個(gè)體素的選擇)記得要點(diǎn)擊 “apply”來(lái)確認(rèn)選擇。 4 輸入數(shù)值 21 3 4 2晶體管的熱生成 直接在晶體管的面上施 加全功率熱生成:1 31- 選擇Heat 在下拉菜單中選擇Internal Heat Generation。 2- 激過濾器。 3- 選擇晶體管的面點(diǎn)擊 apply4 輸入數(shù)值 4 &q& =20 WW= 5,333,333(.02m

10、.0075m.025m)m3對(duì)流熱損耗 在邊上設(shè)置對(duì)流載荷.插入溫度求解項(xiàng) Workshop Supplement高亮SOLUTION然后右擊插入 溫度求解項(xiàng) Workshop Supplement 后處理 Workshop Supplement 熱流通過熱生成和熱通量載荷流入模型，通過對(duì)流 面流出模型。Qss = -(&q& VT + q* AH )其中:VT =晶體管體積 AH = 熱通量覆蓋的表面積 確保施加了正確的載荷，計(jì)算模型上的高功率穩(wěn)態(tài)反作用熱流率。比較這個(gè)結(jié)果與在表面效應(yīng)單元的環(huán)境流體節(jié)點(diǎn)（如，節(jié)點(diǎn)5000）上的反作用熱流。 記得，我們的使用半對(duì)稱模型，深度為.025。 在對(duì)流表面上建立一個(gè)反作用探測(cè)器來(lái)檢測(cè)熱量的 流動(dòng)。 后處理 Workshop Supplement 使用下面的公式來(lái)評(píng)估平均溫度。使用模型材料屬性的平均質(zhì)量來(lái)計(jì)算近似的平均穩(wěn)態(tài)溫度Tss :t =r cVhACb = q * AH+ &q& V T r cVandT ss= T + t