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Hallo alle miteinander,

ich befasse mich mit thermolektrischer Messtechnik und würde gerne eine zunächst einfache thermoelektrische Anordnung mittels Ansys 10.0 transient simulieren.

Die Anordnung besteht aus zwei kontaktierten Flächen mit unterschiedlichen thermoelektrischen Eigenschaften, die sich mittels des "glue"- Befehls sehen können. Mittels der "initial conditions" setze ich alle Knoten der einen Fläche auf eine Anfangstemperatur von 300°C, die der anderen Fläche auf 290°C. Die jeweils von der Kontaktstelle abgewandten Seiten der Flächen habe ich mit konstanten Temperaturen versehen (einmal 290°C und einmal 300°C).

Soweit so gut. Ich hatte natürlich klein angefangen und mittels zweier Plane77-Flächen erst einmal eine transiente thermische Analyse durchgeführt und zu meinem Erstaunen auch gleich ein schönes Ergebnis erhalten, in dem ich sehr gut sehen konnte wie aufgrund des Wärmeübergangs die untere Fläche (290°C) sich zu erwärmen beginnt, während die obere Fläche nahe der Kontaktstelle etwas abkühlt. 

Das Problem zeigte sich jedoch, nachdem ich nun die für die thermolektrische Analyse notwendigen Elemente (hier Plane223) einsetze.
Die transiente Simulation liefert nun erstaunliche Ergebnisse. Es treten Temperaturen auf, die ausserhalb des von mir gesetzten Spektrums (290°C-300°C) liegen. Des Weiteren zeigen die Randknoten, die mittels der Lasteinstellung konstant auf 300°C bzw. 290°C liegen sollten ebenfalls andere Temperaturen (220°C). Da meine Anordnung keinen geschlossenen Stromkreis enthält, demnach durch den fehlenden kontinuierlichen Gleichstrom auch kein Peltiereffekt vorhanden sein dürfte, ist diese Abweichung der Temperaturen eigentlich nur durch meine Fehlbedienung zu erklären.
Ein weiterer Unterschied zu den publizerten Papers und Beispielen ist, dass es sich hierbei nicht um zwei Kontaktstellen (Materialübergänge) handelt, wie sie für einen klassischen thermoelektrischen Kreis vorgesehen sind. Nichtsdestotrotz müssten aufgrund der Temperaturverhältnisse und der Wärmeströme lokale Gradienten enstehen, wie sie durch die rein thermische Analyse zu sehen waren.

Ich habe die im Netz auffindbaren Beispiele detailliert durchgearbeitet, und bereits mit coupling-Befehlen für die Temperaturen und Spannungen experimentiert (Analog zum Generator oder Peltier-Kühler Beispiel in der Ansys Hilfe). Allen meinen Experimenten ist gemein, das die Einstellungen der "initial conditions" anscheinend nicht berücksichtigt werden was die Starttemperaturen angeht. Auch befinden sich die Temperaturen der Knoten (constrain DOF Temp) nicht auf ihren festgelegten Werten.

Ich weiß mittlerweile nicht mehr so recht weiter und finde leider keine weiteren Beispiele zu meinem Problem. Hat vielleicht jemand hier einen Ratschlag oder link für mich. Bin über jede Hilfe dankbar.

Mit freundlichen Grüßen,
Pawel

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Hallo Pawel,

vor dem Aufruf sdes Lösers ANSYS mit /eof abbrechen
und mit "PlotCtrls => Symbols" die Randbedingungen anzeigen,
ob diese richitg gesetzt wurden.
Vor dem Aufruf des Lösers UNBEDINGT alle Elemente und Knoten selektieren:
Kommando ALLSEL

(Ist ein häufiger Fehler, dass durch das Setzen von Randbedingungen beim Aufruf des Lösers nur eine Teilmenge der Elemente und Knoten selektiert ist.)

MfG
Tino Richter
TU Chemnitz

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Spekulieren kann man viel.
Die besten Erfolgsaussichten verspricht die Mitsendung des auf den Kern der Frage abgerüsteten Quelltexts.

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Example.txt SteadyStateTemperature.JPG SteadyStateVoltage.JPG

Zu aller erst möchte ich mich für die Hilfe bedanken.
Ich habe die Selektierung aller Elemente (Allsel) nach Abschluss der Eingaben nun durchgeführt.

Zwecks des besseren Verständnisses und des Winks mit dem Zaunpfahl von Wosch habe ich diesmal das Log-File meiner Eingaben beigelegt (sorry bin neu hier). Die Ergebniss-Plots der stationären Endzustände für Temperatur und Spannung sind ebenfalls beigelegt.

Interessanter Weise kommt es jetzt zu keinerlei transienten Vorgängen wenn ich mir diese über die PlotCtrls "over Time" animieren lasse.
Das Bild steht einfach still und gleicht dem des stationären Zustands wie er über die Nodal Solution für Temp und Volt angezeigt wird.

Nochmals danke für die Hilfe und ich hoffe, dass es mit der jetzigen Dokumentation meiner Vorgehensweise etwas klarer wird was ich hier falsch mache.

Viele Grüße,
Pawel

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pawel2.txt

Vermutlich habe ich das Problem noch nicht richtig verstanden.
Den Quelltext habe ich auf eine für mich leicht verständliche Form gebracht und dabei erkannt, dass die Einrichtung als Temperatursensor arbeitet. Was fehlt also noch ?

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Messprinzip.jpg

Hallo Wosch,

danke für dein Interesse an meiner Problemstellung.

Erst einmal zu deiner Frage. Die Anordnung, bestehend aus zwei unterschiedlichen Materialien kann prinzipiell, und da hast du recht, als Temperatursensor eingesetzt werden. Ich versuche allerdings eine Messanordnung zu modellieren, und da steck ich zweifelslos noch in den Kinderschuhen, die den Seebeck Koeffizienten eines Materials bestimmen kann. Dazu habe ich auch für alle Interessierten eine Grafik beigefügt, die das Messprinzip erklärt.

Mein Problem ist aber zunächst ein anderes. Ich möchte gerne wissen wie der transiente Spannungsverlauf aussieht wenn sich zwei thermoelektrische Materialien berühren (zunächst idealisiert ohne jegliche Wärme- und Kontaktwiderstände) die zunächst auf unterschiedlichen Temperaturen liegen (Darum auch die verschiedenen Initial conditions für die Temperaturen beider Flächen)

Der Theorie nach sollte durch den Wärmestrom ein lokaler Temperaturgradient entstehen, der in einer Thermospannung mündet.

Danke auch dafür, dass du mein LOG-File etwas aufgeräumt hast wosch. Ich erkenne langsam die Vorzüge ADPL-Methode.
Ich habe nun dein File genommen und an den Stellen modifiziert (Initial conditions, Transiente Analyse), die meinem Verständnis nach in einem nachvollziehbaren Simulationsergebniss enden sollte.

Aber,... Pustekuchen !!!
Die Animation des Ergebnisses liefert "schreckliches" zu Tage. Die Anfangsbedingungen für Temperatur und Spannung werden irgendwie nicht so richtig ernst genommen und das Ergebniss kann man getrost vergessen.

Könnte es sein, dass die transiente Simulation innerhalb eines Load-Steps hier nicht so richtig glücklich gewählt ist ? Oder kommt Ansys mit den Anfangsbedingungen zweier "verklebter Flächen", die unterschiedliche Temperaturen aufweisen nicht klar, da es versucht immer einen stetigen Temperaturübergang als Startbedingung festzulegen ( sollte eigentlich bei "stepped load" doch nicht so sein, oder ?)

Fragen über fragen. Aber vielleicht hat jemand von euch den richtigen Anstoß und kann mir weiterhelfen. Danke schön im voraus und dafür, dass sich überhaupt jemand seinen Kopf zerbricht.

Gruß,
Pawel

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pawel3.txt

Jetzt hab ich doch glatt die Eingabedatei vergessen.
nun hier ist sie.

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Eine Möglichkeit:
Zwischen beide Bauteile eine dünne Schicht (Kleber, Kontaktfett) modellieren, die zuerst kaum wärmeleitend ist und dann schlagartig ihre Eigenschaften ändert (Materialeigenschaftsänderung mit emodif,...)

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pawel4.txt

Hallo Pawel,

ich habe die Transiente dahingehend geaendert,
dass zuerst eine konstante Temperatur anliegt
(stationaerer Zustand)
und anschliessend an der Oberkante eine hoehere Temperatur angelegt und die Transiente berechnet wird.

! stationaer
timin,off
....
! transient
timin,on
....

Erläuterungen siehe im Quelltext des mitgelieferten Skripts.
Wie die Animationen ziegen, entsteht
simultan zu Temperaturfeld ein elektrisches
Potenzialfeld mit einer Thermospannung
von ca. 1,2 mV.

MfG
Tino Richter
TU Chemnitz

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Hallo zusammen,

vielen Dank für die Anregungen und Hilfen.
Deine Simalution ricti klappt zweifelslos ziemlich gut. Mein Problem ist damit allerdings nur ansatzweise gelöst, denn die obere Fläche wird nur mit den obersten Knoten mit einer Temperatur von 300°C beaufschlagt. Ich würde allerdings eine komplett aufgeheizte Fläche benötigen.

Komischerweise zeigt das Ergebniss sofort quatsch an, sobald ich auch nur ein wenig mehr der Fläche mit dieser Temperatur beaufschlage.
Wieso ist das so ?
(Anstatt : nsel,s,loc,y,hoch1 jetzt nsel,s,loc,y,hoch1*0.9,hoch1)
Ich meine ob ich nun die obersten Randknoten allein oder die der zwei Reihen unterhalb auch noch mit einer festen Temperatur belege dürfte doch im Ergebniss nicht solche Unterschiede zeigen.

Noch eine Frage an wosch:
Ich habe mich nun in die Möglichkeit des emodif-Befehls eingelesen. Prinzipiell habe ich auch alles verstanden. Was mir noch nicht klar ist, wie baue ich diesen Wechsel der materialeigenschaften in eine transiente simulation ein, damit sich eben diese Eigenschaften schlagartig (zu einer bestimmten zeit) ändern können.
Aus den Hilfen und Beispielen, auch hier im Forum, geht die Anwendung dieses Befehls dem simulationsstart vorraus. Meistens wirds angewendet um nach dem meshen die elementattribute zu verändern, ohne dass Netz neu generieren zu müssen. Mit Anwendung dieses Befehls habe ich zwar vor simulationsstart einen unterschied der Materialeigenschaften zwischen dem Solid- und dem Element-Modell aber wie wird das zeitlich gesteuert?

Vielen Dank im voraus, und allen ein schönes und hoffentlich erholsames Wochenende.

Viele Grüße,
Pawel

P.S: Sitze wahrscheinlich das ganze wochenende noch an der Sache dran, also wenn jemand einen einfall hat, nicht zögern, bitte schreiben

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Wenn die transiente Rechnung mit einer Schleife gesteuert wird, kann man zwei Schleifen nacheinander mit verschiedenen Zeiten laufen lassen
oder man macht eine Schleife mit Bedingung

Code:

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antype,trans
endzeit=10
schritte=6
*do,i,1,schritte
time,endzeit/schritte*i
*if,i,eq,2,then
esel,s,mat,,3
emodif,all,mat,4
esel,all
*endif
solve
*enddo

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[Diese Nachricht wurde von wosch am 20. Okt. 2006 editiert.]

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