18.4.1 前处理
1.定义工作文件名和工作标题
1）执行菜单栏中的File＞Change Jobname命令，打开Change Jobname对话框，在[/FILNAM] Enter new jobname文本框中输入工作文件名Thermoelectric_Cooler，使NEW log and error files保持Yes状态，单击OK按钮关闭对话框。
2）执行菜单栏中的File＞Change Title命令，打开Change Title对话框，在对话框中输入工作标题Thermoelectric Cooler Analysis，单击OK按钮关闭对话框。
2.指定坐标系的参考方向
1）执行菜单栏中的PlotCtrls＞View Settings＞Viewing Direction命令，打开Viewing Direc-tion对话框，如图18-2所示。
2）在XV，YV，ZV Coords of view point后的文本框中依次输入1，1，1，在Coord axis orientation下拉列表框中选择Z-axis up选项，其余选项采用系统默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。
图18-2 Viewing Direction对话框
图18-3 Window Options对话框
3.设置整体坐标系的显示
1）执行菜单栏中的PlotCtrls＞Window Controls＞Window Options命令，打开Window Op-tions对话框，如图18-3所示。
2）在[/TRIAD]Location of triad下拉列表框中选择Not show选项，即在ANSYS窗口中不显示整体坐标系，单击OK按钮关闭该对话框。
4.定义单元类型
1）执行ANSYS Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete命令，打开Element Types对话框，如图18-4所示。
2）单击Element Types对话框的Add按钮，打开Library of Element Types对话框，如图18-5所示。在Library of Element Types两个下拉列表框中分别选择Couple Field和Brick 20node 226选项，在Element type reference number文本框中输入1，单击OK按钮关闭该对话框。
图18-4 Element Types对话框
图18-5 Library of Element Types对话框
3）单击Element Types对话框中的Options按钮，打开SOLID226 element type options对话框，如图18-6所示。在Analysis Type K1下拉列表框中选择Thermoelectric选项，其余选项采用系统默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。
图18-6 SOLID226 element type options对话框
4）单击Element Types对话框中的Add按钮，打开Library of Element Types对话框。在Library of Element Types列表框中选择Couple Field＞Tet 10node 227选项，在Element type ref-erence number文本框中输入2，单击OK按钮关闭该对话框。
5）选择Element Types对话框中列表框的Type 2 SOLID227选项，然后单击Options按钮，打开SOLID226 element type options对话框，在Analysis Type K1下拉列表框中选择Ther-moelectric选项，其余选项采用系统默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。
6）单击Close按钮关闭Element Types对话框。
5.定义材料性能参数
1）执行ANSYS Main Menu＞Preprocessor＞Material Props＞Material Models命令，打开Define Material Model Behavior对话框。
2）在Material Models Available列表框中依次选择Thermal＞Conductivity＞Isotropic命令，打开Conductivity for Material Number 1对话框，如图18-7所示。在KXX文本框中输入导热系数1.3，单击OK按钮关闭该对话框。
3）在Material Models Available列表框中依次选择Electromagnetic＞Resistivity＞Constant选项，打开Resistivity for Material Number 1对话框，如图18-8所示。在RSVX文本框中输入电阻系数1.05e-5，单击OK按钮关闭该对话框。
图18-7 Conductivity for Material Number 1对话框
图18-8 Resistivity for MaterialNumber 1对话框
4）在Material Models Available列表框中依次选择Thermoelectricity＞Isotropic命令，打开Seebeck Coefficients for Material Number 1对话框，如图18-9所示。在SBKX文本框中输入塞贝克系数-1.65e-4，单击OK按钮关闭该对话框。
图18-9 Seebeck Coefficients for Material Number 1对话框
5）在Define Material Model Behavior对话框中选择Material＞New Model命令，打开De-fine Material ID对话框，在Define Material ID文本框中输入2，单击OK按钮关闭该对话框。
6）在Material Models Available列表框中依次选择Thermal＞Conductivity＞Isotropic命令，打开Conductivity for Material Number 2对话框，类似于图18-7所示。在KXX文本框中输入导热系数1.2，单击OK按钮关闭该对话框。
7）在Material Models Available列表框中依次选择Electromagnetic＞Resistivity＞Constant命令，打开Resistivity for Material Number2对话框，类似于图18-8所示。在RSVX文本框中输入电阻系数0.98e-5，单击OK按钮关闭该对话框。
8）在Material Models Available列表框中依次选择Thermoelectricity＞Isotropic命令，打开Seebeck Coefficients for Material Number 2对话框，类似于图18-9所示。在SBKX文本框中输入塞贝克系数2.1e-4，单击OK按钮关闭该对话框。
9）在Define Material Model Behavior对话框中选择Material＞New Model命令，打开De-fine Material ID对话框，在Define Material ID文本框中输入3，单击OK按钮关闭该对话框。
10）在Material Models Available列表框中依次选择Thermal＞Conductivity＞Isotropic命令，打开Conductivity for Material Number 3对话框，类似于图18-7所示。在KXX文本框中输入导热系数400，单击OK按钮关闭该对话框。
11）在Material Models Available列表框中依次选择Electromagnetic＞Resistivity＞Constant命令，打开Resistivity for Material Number 3对话框，类似于图18-8所示。在RSVX文本框中输入电阻系数1.7e-8，单击OK按钮关闭该对话框。
12）在Define Material Model Behavior对话框中选择Material＞Exit命令，关闭该对话框。
6.建立几何模型
1）执行ANSYS Main Menu＞Preprocessor＞Material Props＞Temperature Units命令，打开Specify Temperature Units对话框，如图18-10所示。在[TOFFST]Temperature units下拉列表框中选择Celsius选项，单击OK按钮关闭该对话框。
2）选择菜单栏中的Parameters＞Scalar Parameters命令，打开Scalar Parameters对话框，如图18-11所示。在Select文本框中依次输入：
L=1.0e-2；
W=1.0e-2；
HS=0.1e-2；
I=28.7；
QC=0.74。
图18-10 Specify Temperature Units对话框
(https://www.daowen.com)
图18-11 Scalar Parameters对话框
注意：
每次输入完之后单击Accept按钮，全部输入完成之后单击Close按钮关闭该对话框。
3）执行ANSYS Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Volumes＞Block＞By Di-mensions命令，打开Create Block by Dimensions对话框，如图18-12所示。在“X1，X2 X-coordinates”文本框中依次输入W/2，3∗W/2，在“Y1，Y2 Y-coordinates”文本框中依次输入0，W，在“Z1，Z2 Z-coordinates”文本框中依次输入0，L。
4）单击菜单栏中的Apply按钮会再次打开Create Block by Dimensions对话框，如图18-12所示。在“X1，X2 X-coordinates”文本框依次输入-3∗W/2，-W/2，在“Y1，Y2 Y-co-ordinates”文本框依次输入0，W，在“Z1，Z2 Z-coordinates”文本框中依次输入0，L。
5）单击菜单栏中的Apply按钮会再次打开Create Block by Dimensions对话框，如图18-12所示。在“X1，X2 X-coordinates”文本框中依次输入-3∗W/2，3∗W/2，在“Y1，Y2Y-coordinates”文本框中依次输入0，W，在“Z1，Z2 Z-coordinates”文本框中依次输入L，L+HS。
6）单击菜单栏中Apply按钮会再次打开Create Block by Dimensions对话框，如图18-12所示。在“X1，X2 X-coordinates”文本框中依次输入-1.7∗W，-W/2，在“Y1，Y2 Y-coordinates”文本框依次输入0，W，在“Z1，Z2 Z-coordinates”文本框依次输入-HS，0。
7）单击菜单栏中的Apply按钮会再次打开Create Block by Dimensions对话框，如图18-12所示。在“X1，X2X-coordinates”文本框中依次输入W/2，1.7∗W，在“Y1，Y2 Y-coor-dinates”文本框中依次输入0，W，在“Z1，Z2 Z-coordinates”文本框中依次输入-HS，0，单击OK按钮关闭该对话框。
8）执行ANSYS Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Booleans＞Glue＞Volumes命令，打开Glue Volumes对话框，单击Pick All按钮关闭该对话框，使5个不同的体粘合到一起。
9）执行菜单栏中的PlotCtrls＞Numbering命令，打开Plot Numbering Controls对话框，如图18-13所示。在Elem/Attrib numbering下拉列表框中选择Material numbers选项，在[/NUM]Numbering shown with下拉列表框中选择Colors only选项，其余选项采用系统默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。
图18-12 Create Block by Dimensions对话框
图18-13 Plot Numbering Controls对话框
10）执行菜单栏中的PlotCtrls＞Style＞Colors＞Reverse Video命令，ANSYS窗口将变成白色，生成的几何模型如图18-14所示。
注意：
图18-14中编号代表3种不同的材料，为划分网格做准备工作。
图18-14 生成的几何模型
7.划分网格
1）执行ANSYS Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Size Cntrls＞ManualSize＞Global＞Size命令，打开Global Element Sizes对话框，如图18-15所示。在SIZE Element edge length文本框中输入W/3，其余选项采用系统默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。
图18-15 Global Element Sizes对话框
2）执行ANSYS Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Attributes＞Picked Volumes命令，打开Volume Attributes对话框，单击图18-14中标记的体1，单击OK按钮打开Volume Attributes对话框，如图18-16所示。在MAT Material number下拉列表框中选择1选项，在TYPE Element type number下拉列表框中选择1 SOLID226选项，其余选项采用系统默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。
图18-16 Volume Attributes对话框
3）执行ANSYS Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh＞Volumes＞Mapped＞4 to 6 si-ded命令，打开Mesh Volumes对话框，单击图18-14中标记的体1，单击OK按钮关闭该对话框，此时窗口会显示生成的体积1的网格模型。
4）执行菜单栏中Plot＞Volumes命令，窗口会重新显示整体几何模型。
5）执行ANSYS Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Attributes＞Picked Volumes命令，打开Volume Attributes对话框，单击图18-14中标记的体2，单击OK按钮打开Volume Attributes对话框，如图18-16所示。在MAT Material number下拉列表框中选择2选项，在TYPE Element type number下拉列表框中选择1 SOLID226选项，其余选项采用系统默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。
6）执行ANSYS Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh＞Volumes＞Mapped＞4 to 6 si-ded命令，打开Mesh Volumes对话框，单击图18-14中标记的体2，单击OK按钮关闭该对话框，此时窗口会显示生成的体积1和体积2的网格模型。
7）执行菜单栏中Plot＞Volumes命令，窗口会重新显示整体几何模型。
8）执行ANSYS Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Attributes＞Picked Volumes命令，打开Volume Attributes对话框，单击图18-14中标记的体3，即3块铜片，单击OK按钮打开Volume Attributes对话框，如图18-16所示。在MAT Material number下拉列表框中选择3选项，在TYPE Element type number下拉列表框中选择2 SOLID227选项，其余选项采用系统默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。
9）执行ANSYS Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh＞Volumes＞Free命令，打开Mesh Volumes对话框，单击图18-14中的标记体3，即3块铜片，单击OK按钮关闭该对话框。此时窗口会显示生成的整个体的网格模型，如图18-17所示。
图18-17 生成的网格模型
8.设置边界条件和载荷
1）执行菜单栏中Select＞Entities命令，打开Select Entities对话框，如图18-18所示。在第一个下拉列表框中选择Nodes选项，在第二个下拉列表框中选择By Location选项，选择Z coordinates单选按钮，在“Min，Max”文本框中输入L+HS，单击OK按钮关闭该对话框。
2）执行ANSYS Main Menu＞Preprocessor＞Coupling/Ceqn＞Couple DOFs命令，打开De-fine Coupled DOFs对话框，单击Pick All按钮打开Define Coupled DOFs对话框，如图18-19所示。在NSET Set reference number文本框中输入1，在Lab Defree-of-freedom label下拉列表框中选择TEMP选项，单击OK按钮关闭该对话框。
3）执行菜单栏中Parameters＞Scalar Parameters命令，打开Scalar Parameters对话框，如图18-11所示。在Select文本框中输入nc=ndnext（0），单击Accept按钮后Items列表框中会显示NC=927，单击Close按钮关闭该对话框。
图18-18 Select Entities对话框
图18-19 Define Coupled DOFs对话框
4）执行Select ＞Entities命令，打开Select Entities对话框，如图18-18所示。在第一个下拉列表框中选择Nodes选项，在第二个下拉列表框中选择By Location选项，选择Z coordi-nates单选按钮，在“Min，Max”文本框中输入-HS，单击OK按钮关闭该对话框。
5）执行ANSYS Main Menu＞Preprocessor＞Loads＞Define Loads＞Apply＞Thermal＞Tem-perature＞On Nodes命令，打开Apply TEMP on Nodes对话框，单击Pick All按钮打开Apply TEMP on Nodes对话框，如图18-20所示。在Lab2 DOFs to be constrained下拉列表框中选择TEMP选项，在Apply as下拉列表框中选择Constant value选项，在VALUE Load TEMP value文本框中输入54，单击OK按钮关闭该对话框。
6）执行菜单栏中Select＞Entities命令，打开Select Entities对话框，如图18-18所示。在第一个下拉列表框中选择Nodes选项，在第二个下拉列表框中选择By Location选项，选择X coordinates单选按钮，在“Min，Max”文本框中输入-1.7∗W，单击OK按钮关闭该对话框。
7）执行ANSYS Main Menu＞Preprocessor＞Loads＞Define Loads＞Apply＞Electric＞Boundary＞Voltage＞On Nodes命令，打开Apply VOLT on Nodes对话框，单击Pick All按钮打开Apply VOLT on Nodes对话框，如图18-21所示。在VALUE Load VOLT value文本框中输入0，单击OK按钮关闭该对话框。
8）执行菜单栏中Select＞Entities命令，打开Select Entities对话框，如图18-18所示。在第一个下拉列表框中选择Nodes选项，在第二个下拉列表框中选择By Location选项，选择X coordinates单选按钮，在“Min，Max”文本框中输入1.7∗W，单击OK按钮关闭该对话框。
图18-20 Apply TEMP on Nodes对话框
图18-21 Apply VOLT on Nodes对话框
9）执行ANSYS Main Menu＞Preprocessor＞Coupling/Ceqn＞Couple DOFs命令，打开De-fine Coupled DOFs对话框，单击Pick All按钮打开Define Coupled DOFs对话框，如图18-19所示。在NSET Set reference number文本框中输入2，在Lab Defree-of-freedom label列表框中选择VOLT选项，单击OK按钮关闭该对话框。
10）执行菜单栏中Parameters＞Scalar Parameters命令，打开Scalar Parameters对话框，如图18-11所示。在Select文本框中输入ni=ndnext（0），单击Accept按钮后Items列表框中会显示NI=424，单击Close按钮关闭该对话框。
11）加载后的有限元几何模型如图18-22所示。
图18-22 加载后的有限元几何模型
