התפקיד הקריטי של ניהול הירומל באור LED

דידות אור-הפחתת אור (LEDs) שינו את תעשיית התאורה על ידי המציע יעילות אנרגיה גבוהה וחיי חיים תפעוליים שיכולים לעלות על 50,000 שעות.עם זאת, היתרונות האלה הם מתכנסים על שמירה על צומת המוליכים למחצה מתחת לטמפרטורה הגבוהה ביותר שלה.חום הוא תוצר לוואי פנימי של אלקטרומינס LEDs; כ 70-85% של חשמל להמיר חום מאשר ללא תאורה מתאימה, ולכן הוא מדדי חיוני ביותר, ולכן הוא בסופו של שליטה אלקטרו-חיים מרוכזת, בסופו של דבר, מאיץ, מאיץ, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה של שליטה בטמפרטורות דינמי, ולכן היא מספקת של שליטה חשמלית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה בטמפרטורות גבוהות יותר, ירידה בטמפרטורות גבוהות יותר, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ולכן, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה משמעותית, ירידה בטמפרטורות גבוהות יותר, ירידה משמעותית, ירידה בטמפרטורות גבוהות יותר, ירידה בטמפרטורות דינמיות, ירידה משמעותית

Computational Fluid Dynamics (CFD) הפך כלי חיוני לחיזוי וקידוד העברת חום בתוך מערכות LED. בין קודים מסחריים CFD, FLT:0ANSYS FluentearFLT:1 בולטת עבור הטכנולוגיה הפתניתבת שלה, מגוון רחב של מודלים פיזיים, וניתוק חזק עם אופטימיזציה של עבודת עיצוב.

מימון LED ניהול תרמית

למה חימום Degrads LED ביצועים

הטמפרטורה (TreaFLT:0) של LED משפיע ישירות על הפלט האור, איכות הצבעים ואמינות. as TevolveFLT:2jigFLT 3: עלייה, יעילות קוונטית פנימית טיפות, צמצום שטף אורני, מערכת יחסים של ארנופיוס למשול על החיים: עלייה של 10 מעלות מעל הטמפרטורה יכול לדרג את החיים הצפויים, כמו גם את צבעי חום גבוה יותר, ואפקטים של צבעים בהירים יותר.

חימום מעביר מכניזם ב LED Systems

ניהול תרמי LED luminaires מסתמכ על שלושה מצבי העברת חום בסיסיים:

  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0)ConvectionofLT:1 - זרימת אוויר טבעית או מאולצת נושאת חום מן מערך ה-Pink fin.the Geo of thefins, אוריינטציה של luminaire, ואת מהירות האוויר המבלבלת כל השפעה על קוגניציה חימום.
  • (ב) טמפרטורות פני השטח גבוהות, החלפת חום קורנטיבית עם הסביבה הופכת משמעותית (בדרך כלל 5-15% מההתפיסות הכוללות).

עיצוב תרמי יעיל מאזן את המנגנונים האלה כדי לשמור על TFLT:0jigjirFLT 1 בטווח התפעול הבטוח (בדרך כלל -40 מעלות צלזיוס ל +85 ° C עבור נוריות מסחריות, אם כי גרסאות בעלות עוצמה גבוהה עשויים לדרוש TibFLT:2jirFLT 3 מתחת 105 מעלות צלזיוס).

Capabilities for LED Thermal Simulation

Fluent מספק סביבה בוגרת, עשירה תכונה עבור מודלים של הפיזיקה המשותפות במערכות LED. יכולות מפתח רלוונטיות לניהול תרמי כוללות:

  • (FLT:0)Congate Heat transfer (CHT)IRLT:1) - Solves בו זמנית עבור מוליכים וניתוק נוזלי, ביטול הצורך לרשום אפקטיביות של העברת חום מלאכותי בגבולות.
  • (FLT:0)Laminar ו- Turbulent Flow ModelsveFLT:1) - עבור הברחת טבעית ב- luminaires סגורה (לעתים קרובות laminar) או הדבקה כפויה עם מעריצים (מפריעים, באמצעות k ⁇ , k ⁇ SST, או מודלים של מעבר).
  • (FLT:0) מודלים של מודללמסלול 1 (Dol) - The Discrete Ordinates (DO) או Surface-to-Surface (S2S) לוכדים חילופי קרינה בין משטחים של כיור חום וסביבה.
  • (FLT:0) Joule Heating and Volumetric Heat מקורות התחממות כרך 1:) - ניתן להגדיר את הדור הלילי בתוך LED מת ניתן להגדרה כמקור נפחי או כשפעת חום בבסיס השבב.
  • (FLT:0)Parametric ושילוב אופטימיזציה של אינטגרציה 1 (ב) - באמצעות ANSYS Workbench, מחקרי נקודת עיצוב ואופטימיזציה של אבטחה יכול באופן אוטומטי לשנות עובי סנפיר, ספיגה, או מהירות המעריצים כדי למזער טמפרטורה או מסה.

עבור סקירה מפורטת של יכולות ה-FLT, מתייחס ל-FLT הרשמי:0 ANSYS Fluent Product pageveFLT:1.

יצירת מודל Armal ב- ANSYS Fluent

הכנה גיאומטריה ומאשינג

הצעד הראשון הוא יצירת דומיין חישובי הכולל את חבילת LED, TIM, כיור חום ונפח הנוזל שמסביב. עבור מחקרים טבעיים, התחום הנוזלי צריך להרחיב לפחות 10 פעמים את מידות הכיור החום בכל כיוון כדי לאפשר התפתחות צנרת ללא גבולות מלאכותיים.

Meshing הוא קריטי: מאפר באיכות גבוהה מבטיח ⁇ טמפרטורה מדויקת ללא עלות חישובית מוגזמת.

  • השתמש בשק היברידי עם hexahedral / prism שכבות באזורים המוצקים ותאים tetrahedral בנוזל, עם לפחות 5 שכבות prism בממשק השפעה מוצק כדי לפתור את שכבת הגבול.
  • הגדר y+ ערכים ליד 1 עבור laminar או מודלים של זעזועים מספר נמוך; עבור זרימה מאולצת מספר גבוה של מספרים, פונקציות קיר ניתן להשתמש עם y+ בטווח של 30-300.
  • החל את הזיכוך המקומי סביב LED למות ואת הטיפים פינים שבו ⁇ טמפרטורה הם תלולים ביותר.
  • לבצע מחקר תלות ברשת על ידי השוואת תוצאות לפחות שלוש מלקות של צפיפות מוגברת. A שינוי בטמפרטורת צומת של פחות מ 1 מעלות צלזיוס בין שתי המברשות הטובות ביותר מצביע על מספיק רזולוציה.

תכונות חומריות ותנאים קשים

נתונים חומריים מדויקים חיוניים עבור החומרים הנפוצים ביותר:

  • (FLT:0LED DieveFLT:1) (GaN או InGaN): מוליכות תרמית אסטרוטרופית (בדרך כלל 130 W / mK במטוס, 50 W / mK דרך המטוס) עבור מודלים פשוטים, ערך אסטרונוטרופי של 80 / mK משמש לעתים קרובות.
  • (ב) ויקרא י"ד:222 ויקרא יט"ד): "[5] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) חומר צומת 1 (עמוד מבוסס על סיילסון או פסטה): 0.8–5 W/mK. Include no Contact Resistance על ידי הקצאת התנגדות תרמית דקת חומה (למשל, 0.5 k.2/W).
  • (ב) [26], 167 W/mK forאלומיניום, 385 W/mK for נחושת.
  • (FLT:0) AircioFLT:1; להשתמש בתכונות תלויות טמפרטורה (density, פתיחות, מוליכות תרמית, חום ספציפי) עבור מקרים של ניתוק טבעי; עבור הדבקה כפויה, תכונות קבועות בטמפרטורת החדירה הם לעתים קרובות מספיק.

תנאים קשים:

  • (FLT:0) heat קלטFLT:1: ליישם את הכוח המתפזר (למשל, 1 W LED) כמקור חום נפח בנפח המוות או כמו גלי חום על פני השטח התחתון למות.
  • (ב) [ה]: [ה], [ה], [ה],], [ה],], [ה], [ה], [ה],], [ה],], [ה],], [ה], [ה], [ה],], [ב], [ב], 25 מעלות צלזיוס או 50 מעלות צלזיוס] הגרוע ביותר.
  • (ב) ,0) ,SymmetryFLT:1: עבור מגוון של נוריות זהות, מודל יחידה אחת עם מטוסים סימטריה כדי להפחית את גודל האפר.
  • (FLT:0)GravityFLT:1: הפעלת כוח הכבידה (-9.81 מ"ר / 2 בכיוון האנכי) למחקרי מחלוקות טבעיות ולהגדיר את צפיפות התפעול.

תהליך סימבול והגדרות Solver

  1. בחר את פותר מבוסס הלחץ (הופנה מהדף זרימה בלתי-ממדת) עם ניסוח קבוע של מצב עבור הערכה של נקודת עיצוב.עבור מחקרים טרנספורמטיביים (למשל, זמן חם, רכיבה על כוח), השתמש בפתירת ללא עכב עם שלב של 0.1-1 תלוי קבוע זמן תרמי.
  2. ניתן למשוואה האנרגיה ולמודל הזעזוע המתאים.עבור מחסניות LED טיפוסיות עם הדבקה טבעית, זרימת למין היא לעתים קרובות תקפה עד שמספר ריילי עולה על 1003FLT:0903FLT:1; מעל זה, השתמש במודל k ⁇ SST כדי ללכוד מעבר.
  3. הגדר קרינה אם טמפרטורות פני השטח עולה 80 מעלות צלזיוס.מודל DO עם ספיגה אפורה היא בחירה חזקה. עבור מחסנים, S2S הוא מהיר יותר אבל מניח אפס השתתפות מדיה.
  4. השתמש בדיסקרטיזציה של ה-SIMEP השני של מומנטום ואנרגיה כדי להפחית את הטבוליות המספרית. השתמש באלגוריתם SIMPLE עבור הפיכה בלחץ.
  5. (או טמפרטורה ייצוגית) במהלך היסוסים.התמדה מושגת כאשר שאריות נופלות מתחת 1003FLT:0 - 403FLT:1 עבור המשכיות ומהירות, 10FLT:2-603FLT 3 לאנרגיה, והטמפרטורה המבוקרת מייצבת בתוך 0.1 מעלות צלזיוס מעל 100 גלגולים נוספים.

עבור צעד אחר צעד הדרכה על הגדרות דומות, ה-FLT:0 ANSYS Fluent LED Thermal Analysis blogFLT:1 מספק הדרכה מעשית.

שיקולים מתקדמים

טמפרטורות צומת ורשתות ההתנגדות

(ב) ב-CFD יש טמפרטורות מתות, הטמפרטורה האמיתית של צומת גבוהה מעט בשל ההתנגדות התרמית הפנימית של השבב. גישה נפוצה היא לחלץ את גלי החום בממשק המסובך של המוות ולאחר מכן ליישם תיקון התנגדות חד-ממדית: TreaFLT:0jFLT 1=TFLT:2die surfaceFalphir 3=Ralure 2=R {i=Falth Falth=R {i=Falth 2=R.

מודל ל-Fan Modeling for Forced Convection

כאשר נדרש קירור פעיל, ניתן לדגיד את האוהדים באמצעות:

  • (FLT:0)Fan Limit ConditionFLT:1 - קפיצת לחץ המופעלת על פני אזור ⁇ , עם עקומת המעריצים המוגדרת כתפקוד פולינומי של קצב זרימה בנפח.
  • (FLT:0) מסגרת ההתייחסות של ה-MRF)FigLT:1 (עבור אוהדים אקספוגליים או צנטריפוגליים, הגישה MRF מדגימה את המכשול כתוספת של מדינה יציבה, לכידת אפקטים נפוחים.
  • (ב) ⁇ :0) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

בכל המקרים, להבטיח את נקודת ההפעלה של המעריצים (קצב זרימה לעומת עלייה בלחץ) עולה בקנה אחד עם עקומת החסימה המערכת חזתה על ידי מודל CFD.

המונחים: mor Simulations

מערכות LED כפופות לטבול, על מחזורים, או טמפרטורות שונות של ambient דורש ניתוח transient.SYS פלורנס ללא יציבות עם זמן הסתגלות יכול ללכוד inertia תרמית.הזמן שלב צריך להיות קטן מספיק כדי לפתור את transient המהיר ביותר (לעיתים קרובות את המוות, עם זמן קבוע של מ"שניות) אבל גדול מספיק כדי לאפשר סימולציה מעשית.

תוצאות חיפוש וזיהוי נקודות חמות

טמפרטורה ו Flow Visualization

לאחר פתרון מתכנס, השתמש בכלים שלאחר עיבוד של ANSYS פלורנט כדי לבחון:

  • (ב) ,0) , ריצוף קווי המתארים את ה- 1 על הכיור החום, המצע, ומת.טמפרטורת הצומת המקסימלית היא המדד העיקרי.חפש נקודות חמות מקומיות ליד קצה השבבים או בין שורות פינים.
  • (FLT:0) וקטורים וזרימת LT:1) בתחום הנוזלי. אזורי התחדשות או כיסים אוויריים מצופים את הכיור החום של זרימה קירור.
  • (ב) ויקרא ויקרא י': ויקרא י': [17], בפרשת ויקרא י"ד, ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) חום פלוקסFLT:1 - יכול להיות 15-30 W / m2 עבור כיור חום שחור-אנוד.

אופטימיזציה של תוצאות CFD

אסטרטגיות אופטימיזציה נפוצות המודיעות על ידי CFD כוללות:

  • הגדלת עובי כספי או ירידה של סט פין עד לשיפור ההתנגדות התרמית יורדת (בדרך כלל 2-4 מ"מ סט עבור סחר טבעי).
  • הוספת חריצים או vents במתחם כדי לקדם אפקטים כימטיים.
  • בחירת TIM עם התנגדות תרמית נמוכה יותר או יישום עובי קו האגרה אחיד.
  • אוריינטציה של luminaire כדי להימנע מגידול חום בחלק העליון של הכיור החום (עבור עטדים, כיור החום צריך להיות מעל לוח LED).

יתרונות ויישומים אמיתיים

עיצוב מונע CFD מפחית באופן משמעותי את מחזור הפיתוח של המוצר.על ידי חיסול הצורך ב prototyping פיזי נרחב, חברה יכולה להעריך עשרות תצורה של כיור חום בזמן זה ייקח למכונה ומבחן אחד.החיסכון הפיננסי הם משמעותיים: בעיה תרמית אחת שנתפסת בשלב הסימולציה יכול למנוע זיכרון יקר או כישלון שדה יתר על כן, סימולציה מאפשרת מהנדסים לדחוף את המעטפת של מיניאורות וכוח גבוה יותר - תקדימיות קריטי עבור סרטן, קריפטומטר, קריפטומטרים, קריפטומטרים, קריפטומטרים, קריפטומטרים תרבותיים, קריפטומטרים, קריפטומטרים, קריפטומטרים תרבותיים, קריפטומטרים, קריפטומטרים, קריפטומטרים, קריפטומטרים, קריפטומטרים, קריפטומטרים, קריפטומטרים, קריפטומטרתיים, קריפטומטרים.

לדוגמה, יצרן של נורות LED ב-High-bay השתמש ב- ANSYS Fluent כדי לעצב מחדש כיור חום פסיבי, הורדת הצומת מ-92 מעלות C עד 78 מעלות צלזיוס תוך צמצום מסה של הכיור החום ב-18%.התוצאה הייתה מוצר שנפגש עם FLT:0DOE LED תאורה LED דרישות LEDFLT:1 לכל החיים (L70 > 50,000 h) והמשך תפוקה אור מלאה על פני תקופה אחרת שהייתה מעורבת ב- 40% של תאים פתוחים.

ההליכים הטובים ביותר והמלכודות הנפוצות

  • (FLT:0) תמיד לאמת את FLT:1) כנגד לפחות מדידה ניסיונית אחת (מצלמה או אינפרא אדום) CFD הוא כלי, לא כדור גבישי; אימות בונה אמון במודל.
  • (FLT:0) אל תזניח קרינה FLT:1 - אפילו כיור חום "נמוך" (70–90 מעלות צלזיוס) יכול לאבד 10% מהחום הכולל באמצעות קרינה. Enabling מודל S2S מוסיף רק 5 עד 10 אחוזים כדי לפתור זמן.
  • (ב) [ה]ב]: [ה], לאחר שרכיבה תרמית, TIM יכול לשאוב את ה-TIM ולהגביר את ההתנגדות.
  • (ב) ,0) , ללא שליטה על התחום של אמברול 1 (FLT:1 ), דומיין נוזלי קטן מדי מגביל באופן מלאכותי את זרימת האוויר ומוביל לטמפרטורות גבוהות מדי.
  • (FLT:0) מקבילה מחשובFLT:1 - מלשבות עבור לומאירים שלמים לעתים קרובות עולה על 5 מיליון תאים; להשתמש לפחות 8-16 ליבות עבור תפנית סבירה (2-6 שעות במקרה יציב של מדינה).

לקריאה נוספת על שיטות הטובות ביותר, המאמר (FLT:0) על ניהול תרמי LED LED LED LED LED LED LED LED LED ניהול תרמי FLT:1 על ידי Luo et al. (2018) מציע סקירה מקיפה של גישות ניסיוניות ומספריות.

מסקנה

מודלים של ניהול תרמי של מערכות תאורה LED עם ANSYS פלונט מספק מהנדסים עם יכולת חיזוי רב עוצמה המשפיעה ישירות על אמינות המוצר, עלות, ו-Time-to-market. על ידי לכידת התנהגות, הדבקה וקרינה, פלורנט מאפשר ניתוח זרימה מפורטת כי מגלה מיקומים חמים, קוונטית של יעילות קירור, ומדריכים החלטות עיצוב.