Birsys Fluent kullanarak Led Aydınlatma Sistemlerinin Termal Yönetimini modellemek

LED Aydınlatmada Termal Yönetimin Eleştirel Rolü

Işıklı diyotlar (LEDler), LED'lerde elektro aydınlatma endüstrisini ortaya çıkardı; giriş gücünün yaklaşık 70-85'i ışıktan daha fazla ısıtabilir.Bu avantajlar, yüksek çözünürlükte yarı iletken sıcaklığın altında yarı iletkenliği korumak için elverişlidir. Heat, LED'lerde elektro aydınlatma endüstrisine bağlı olarak azalır; bu nedenle giriş gücünün% 70-85'i ışıktan ziyade ısıtılır.

C ⁇ Akışkanlar (CFD), LED sistemlerdeki ısı transferini tahmin etmek ve optimize etmek için vazgeçilmez bir araç haline geldi. Ticari CFD kodları arasında, 03:0)ANSYS Fluent) geliştirme döngüsünde erken - fiziksel modelleri oluşturmak için, geniş çaplı bir kılavuzluk ve ANSYS'nin ısıl davranışını modellemek için kapsamlı bir kılavuzluk sağlar.

LED Termal Yönetim Temelleri

Heat Degrads LED Performansı Neden

Bir LED'in ışık çıkışı, renkli kalitesi ve güvenilirliği doğrudan etkiler.T_{)[Dönetici:0) İç kuantum verimliliği azalır, ışıklı flux azaltır.}

Heat Transfer Mechanisms in LED Systems

LED ışıkerlerinde ısı yönetimi üç temel ısı transfer modlarına dayanıyor:

[FONT=0)Condüksiyon[[DÜDÜT:1) - Yüzey, termal arayüz materyali (TIM) ve ısı batağı üssüne ısınır. Her katmanın ısı direnci en aza indirgenmelidir.

[FONT=0]Convection[Dönetici:0)[Dönetici] – Doğal veya zorla hava akışı ısı bataklığı arasından ısınmış hava geçişi ile ısı geçişi yapar.

[FONT:0]Radiation[[Dönüşüküm: 1) Yüksek yüzey sıcaklıklarında, çevre ile radiative ısı değişimi önemli hale gelir (tipik olarak% 5–15 toplam dağıtım). Yüksek izinli kaplamalar bu yolu artırabilir.

T_{) tutmak için bu mekanizmaları etkili bir termal tasarım dengesi (genellikle -40 °C +85 °C ticari LED için, yüksek güç varyantları T_{) gerektirir.}}

LED Termal Simülasyon için ANSYS Fluent Cap yükümlülükleri

ANSYS Fluent, LED sistemlerde bulunan çift fiziği modellemek için olgun, özellik zengin bir ortam sağlar. termal yönetimle ilgili temel yetenekler şunlardır:

[FONT:0)Conjugate Heat Transfer (CHT)) - Solves aynı anda sağlam ve akışkan-konveksiyon için, sınırların içinde yapay ısı transfer katlarını reçete etme ihtiyacını ortadan kaldırır.
[FONT:0]Laminar ve Turbulent Flow Modelleri) – Kapalı ışıkçılarda doğal konveksiyon için (genellikle laminar) veya fanlarla birlikte konveksiyon (turbulent, k ⁇ , k ⁇ SST veya geçiş modelleri kullanarak).
[FONT=0)Radiation Models[[Dönemli Ordinates (DO) veya Yüzey-to-Surface (S2S) modelleri ısı yüzeyleri ve çevre arasındaki radiative değişimi ele alır.
[FONT:0)Joule Isıtma ve Volumetrik Heat Kaynağı[[Dönetici: 1 ) - LED'deki ısı üretimi bir hacim kaynağı olarak veya çipin temelinde ısı flux olarak belirtilebilir.
[FONT=0]Parametrik ve Optimizasyonu[[Dönetici:0)) - ANSYS Workbench sayesinde tasarım-point çalışmaları ve tepki-surface optimizasyonu otomatik olarak fin kalınlığına, spacing veya fan hızını minimuma indirmek için değişebilir.

Kombinasyon yeteneklerine ayrıntılı bir bakış için resmi olarak bakınız:0)ANSYS Fluent ürün sayfası).

ANSYS Fluent'de bir Termal Modelin Belirlenmesi

Geometri Hazırlık ve Meşru

İlk adım, LED paketi, TIM, ısı lavabosu ve çevreli sıvı hacimlerini içeren bir hesaplama alanı yaratıyor. Doğal olarak, eğimli çalışmalar için, sıvı alan her yönde ısınmış boyutu genişletmelidir.

Medeniyet kritiktir: yüksek kaliteli bir ağ aşırı hesaplama maliyeti olmadan doğru sıcaklık gradients sağlar. önerilen uygulamalar:

Katı bölgelerde ve tetrahedral hücreleri ile en az beş prizm tabakaları ile sınır tabakasını çözmek için sağlam bir arayüz kullanın.
Laminar veya düşük seviyeli için 1'in yakınında y+ değerleri ayarlayın; yüksek seviyeli türbülans-sayı zorlanmış akış için, duvar işlevleri 30-300 aralığında y+ ile kullanılabilir.
LED'in etrafında yerel rafineriler uygulayın ve sıcaklık gradients en dik olduğu fin ipuçları.
En az üç ağda sonuçları karşılaştırarak bir ızgaraya bağlı olarak bir ağ çalışması yapın. İki en iyi ağ arasında 1 °C'den daha az bir değişim yeterli ağ çözünürlüğü gösterir.

Malzeme Özellikleri ve Sınır Koşulları

Doğru malzeme verileri önemlidir. En yaygın malzemeler için:

[FONT:0] [FONT=C)[FONT=0))[[0]))))) {0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|D][/m|x|p=C=C))))))))))))) Basitleştirilmiş modeller için, 80 W /m|otomiyönetici değeri genellikle kullanılır.
[FONT:0)Substrate[DÜDÜDÜDÜDÜDÜ:2)[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜye Değer: 3/TÜye/Üye)
[FONT=0) ⁇ Interface Material) ( ⁇ e-bazlı ped veya salça): 0.8-5 W /m·K. ince duvar ısı direnci (örneğin, 0,5 K· cm2/W) ile temas direncini içerir.
[FONT=0) Oat battı [[DÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜCÜŞÜNÜ: 0,9 W/m·K for alüminyum, 385 W /m·K for bakır.
[FONT:0)Air): Sıcaklık bağımlı özellikleri (düşük, vizoloji, termal iletkenlik, özel ısı) doğal olarak şarj vakaları için; zorla konveksiyon için, sabit özellikler genellikle yeterlidir.

Sınır koşulları:

[FONT:0)Heat girişi[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN
[FONT=0)Ambient[[[Dönetici: Bir basınç çıkışı veya uzay sınırı atmosferik baskı ve sabit bir sıcaklık (örneğin, 25 °C veya 50 °C en kötü durumda).
[FONT=0]Symmetry[Dönetici: aynı LED'lerin dizileri için, ağ boyutunu azaltmak için tek bir birim modeli.
[FONT:0)Gravity[DÜT:1]: Doğal olarak ele alınan çalışmalar için yerçekimi (-9.81 m/s2) etkinleştirin ve işletme yoğunluğu ayarlan.

Simülasyon Süreci ve Çözücü Ayarlar

Basınç tabanlı çözücü (presif akışlar için) tasarım-köpek değerlendirme için sürekli olarak ifade edilen sabit akış formülü ile (örneğin, ısı zaman, güç bisiklet), ısı zamanına bağlı olarak, 0.1-1 s'in bir zaman adımını kullanın.
Enerji denklemi ve uygun türbülans modeli. Doğal konveksiyon ile tipik LED muhafazalar için, laminar akışı genellikle Rayleigh numarası 10^{)9[FLT 1: 1); Yukarıda, geçiş yapmak için k ⁇ SST modeli kullanın.}
Yüzey sıcaklıkları 80 °C'yi aşıyorsa radyasyon ayarlandır. gri absorpsiyon ile DO modeli sağlam bir seçimdir. For maintains, S2S daha hızlı ama sıfır katılımcı medya varsayılır.
Enerji için ikinci sıralı tahliyeyi sayısal difüzyonu azaltmak için kullanın. baskı-velocity coupling için SIMPLE algoritmasını kullanın.
Süreklilik ve hız için (veya bir temsilci hacimsel sıcaklık) monitörler sırasında Convergence 10^{) altında% 10^{) -4}) Süreklilik ve hız için 10^{) -6[D[D[D][D][3][/FONT) ve gözlemlenen sıcaklık% 0.1 °C'nin altında 100 ek iterasyonlar yapılır.}}

Benzer kurulumlarda bir adım öğreticisi için, [[Şerefli LED Termal Analiz blogu[Dönemli LED) pratik rehberlik sağlar.

Gelişmiş Modelleme

Junction Sıcaklık ve Termal Direniş Ağı

PPVOLOJC (Dönetici) ile ilgili olarak, TÜBİTAK (Dönetici) ● DÜŞÜNCÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜ) BÜTÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ (ÜSÜ) BÜTÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ) BÜTÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ

Fan Modeling for Forced Convection

Aktif soğutma gerektiğinde, fanlar modellemek için modellenebilir:

[FONT:0]Fan sınır durumu[[Dönetici: 1))[Dönetici)[Dönetici)[değiştir | kaynağı değiştir] - bir basınç atışı, bir göz ardı edilebilir bölgede, bir hacimsel akış oranı olarak tanımlanan fan eğrisi ile.
[FONT:0)Moving reference framework (MRF))[MRF)[Dönder veya sental fanlar için, MRF, geri dönüşsüz bir şekilde modellenir, swirl etkiler.
[FONT:0]Sliding örgü[[[Dönetici: 1) – tamamen geçici ama hesaplamalı pahalı; sadece akustik veya bıçak uçlu etkiler ilgi olduğunda kullanılır.

Tüm durumlarda, fan işletim noktası (giriş oranı vs. baskı artışı) CFD model tarafından öngörülemeyen sistem ile tutarlıdır.

Transient Termal Simülasyonlar

LED sistemler, kesmeye konu olan, en hızlı ısıtımı (belirli zaman geçirgenliği ile) çözmek için yeterince küçük olmalıdır.Kolaylı bir zaman adım, sonra bir güç zamanı değişikliği ve birkaç termal zaman sabiti çözmek için (genellikle 10-30 dakika) gerekir.

Sonuçlara yorum yapmak ve gölgeleri tanımlamak

Sıcaklık ve Akış Görselleştirme

Bir yakınlaştırılmış çözümden sonra, ANSYS Fluent'in post-işlem araçlarının incelenmesi için kullanılması:

[FONT:0]Temperature konsülleri [Dönesel batağı, substratı ve ölmeleri. En yüksek kavim sıcaklığı, çiplerin yakınında yerelleştirilmiş noktaların veya fin satırların yakınında bulunan yerelleştirilmiş noktaların görünümü.
[FONT:0)Velocity vektörleri ve aptallar[Döneticiler) sıvı alanda kullanılmaktadır.Rekreasyon bölgeleri veya staense hava cepleri, soğutma akışının ısı batmasını sağlar. Doğal konveksiyon için, buoyancy-güdümlü tesisatın tek başına çıkmadığını doğrulayın.
[FONT:0]Heat flux vektörleri [Dönaltınlık bataklık yüzleri üzerinde]; bu yüksek konvektif verimliliğin alanlarıdır. Düşük ısı flux ile Finler büyük veya kötü yere yerleştirilir.
[FONT:0]Radiative ısı flux[[DÜT:1) - kara-anodize ısı lavaboları için 15-30 W/m2 olabilir. Eğer radyasyon kapatılırsa, model 3-8 °C tarafından tahmin edilebilir.

CFD Sonuçlardan Tasarım Optimizasyonu

CFD tarafından bilgilendirilmiş ortak optimizasyon stratejileri şunları içerir:

Artan fin kalınlığı veya ısı direnci iyileştirme azalır (genellikle doğal konveksiyon için 2-4 mm bir alan).
Bamney etkilerini teşvik etmek için yuvaları veya ve elemanları ekleyin.
Daha düşük termal dirençle bir TIM'i seçin veya üniformalı bir bağ hattı kalınlığı uygulayın.
Sıcaklık lavabonun üst kısmında ısınmaktan kaçınmak için ışıklandırma (kırklar için, ısı lavabosu LED tahtanın üstünde olmalıdır).

Faydaları ve Gerçek Dünya Uygulamaları

Sağlamalı tasarım ürün geliştirme döngüsünü önemli ölçüde azaltır. Kapsamlı fiziksel prototipleme ihtiyacını ortadan kaldırarak, bir şirket, endüstriyel ve yüksek güç kesintilerini değerlendirebilir - bir tane endüstriyel tasarruf ve test etmek için önemli olacaktır.

Örneğin, yüksek-bay LED ışıklarının bir üreticisi, pasif bir ısı battısını yeniden tasarlamak için ANSYS Fluent kullandı ve 92 °C'den 78 °C'ye kadar tüm ışık çıktısını azalttı. Sonuç olarak, hava akışı üzerindeki üründü; sağlanmış model, normal bir ağ aydınlatma gereksinimlerinin % 40 oranında azaltıldığını açıkladı.

En İyi Uygulamalar ve Ortak Pitfalls

[FONT:0)Always doğruluyor[[Dönetici:0) En az bir deney ölçüme karşı (daha fazla çift veya kızılötesi kamera) bir araç, kristal top değil; doğrulama modele güven yaratıyor.
[FONT=0] Radyasyonu ihmal etmeyin [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNCÜSÜSÜSÜSÜŞÜNÜSÜŞÜNCÜSÜŞÜNÜSÜŞÜNCÜŞÜNCÜSÜŞÜNCÜSİ - SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİİRMELER SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİADİ SİAD SİADESİ SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD SİAD
[FONT:0) TIM bozulması için hesap verebilir[[Dönetici: 1 ) - termal bisikletten sonra, TIM, TIM'nin güvenlik marjı ile 20-30% TIM toplu iletkenliği üzerinde.
[FONT:0] Alanı ele geçirmekten kaçının – çok küçük bir yapay olarak hava akışını kısıtlayan ve aşırı sıcaklıklara yol açan bir akışkan alan.
[FONT:0) Paralel hesaplamayı [[Döneticiler için ağlar genellikle 5 milyon hücreyi aşıyor; makul bir şekilde 2-6 saat sabit devlet durumundaki en az 8-16 çekirdek kullanır.

En iyi uygulamalar hakkında daha fazla okuma için, [[0] LED termal yönetim üzerine yapılan inceleme[Dönetici:0) Luo et al. (2018), deneysel ve sayısal yaklaşımlar hakkında kapsamlı bir bakış sunar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

LED aydınlatma sistemlerinin ısıl yönetimini ANSYS Fluent ile modellemek, doğrudan ürün güvenilirliğini, maliyet ve zaman piyasalarını etkileyen güçlü bir tahmin yeteneği ile mühendislere olanak sağlar.Sağlananlar, konveksiyon ve radyasyon, Fluent, karmaşıklıkta ayrıntılı ısıtımı ortaya çıkarır, ısıtımı ölçen bir araç olarak kalır ve aydınlatma kararlarından dolayı, “en iyi uygulamalara ve optimizasyona yol açarken, akışlar devam eder.