Công cụ phân tích nhiệt
Phần mềm phân tích nhiệt có thể mô phỏng thực tế trạng thái nhiệt của hệ thống và có thể được mô phỏng nhiệt trong giai đoạn thiết kế sản phẩm để xác định nhiệt độ cao nhất trong mô hình. Nếu vượt quá nhiệt độ cho phép, các biện pháp tản nhiệt nên được cải thiện để đáp ứng các yêu cầu sử dụng. Điều này giúp giảm chi phí thiết kế, thiết kế lại và tái sản xuất, và tăng tỷ lệ thành công của sản phẩm.
Hiện tại, có rất nhiều loại phần mềm phân tích nhiệt, chẳng hạn như ANSYS, FLUENT, EFD, ICEPAK và FloTherm.
1) Từ quan điểm hoạt động, EFD được nhúng trong phần mềm PRO / E, SW, CATIA. Mô hình phần mềm dễ cài đặt và đơn giản để thiết lập. Nó rất hữu ích cho tính toán sơ bộ trong kỹ thuật, nhưng phần mềm chiếm nhiều tài nguyên hệ thống hơn. Không nên chia quá nhiều và độ chính xác tính toán không cao.
2) Về khả năng ứng dụng, ICEPAK được nhúng trong ANSYS WB12.1, có thể xử lý các bề mặt phức tạp chung. Chức năng nhập mô hình đã được cải thiện rất nhiều và thao tác phần mềm rất đơn giản. Giống như EFD, không cần phải tự tính toán trạng thái dòng chảy. Xử lý các lưới phức tạp là nhanh chóng.
3) Từ truyền thống làm mát điện tử, FloTherm rộng hơn ICSPAK và từ lâu đã chiếm lĩnh thị trường phân tích nhiệt điện tử, nhưng rất khó để xử lý các bề mặt cong. Mô hình hóa là một vấn đề quan trọng đối với các nhà thiết kế đèn led.
4) Nói một cách chuyên nghiệp, ANSYS và FLUENT là phần mềm ưa thích cho học thuật và tiểu luận, và họ nhấn mạnh các tính toán chính xác từ lý thuyết. Phần mềm ANSYS dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn và kết quả tính toán có độ chính xác cao. Nó phù hợp cho những người có cơ sở lý thuyết cao hơn và có thể dễ dàng nhận ra lập trình thủ công và thiết kế tối ưu hóa.
Dựa trên so sánh trên, phần mềm ANSYS đã được sử dụng để phân tích nhiệt.
Phân tích nhiệt của đèn LED công suất cao
Trong bài báo này, một đèn LED công suất cao được sử dụng làm mô hình để nghiên cứu. Việc phân tích mô phỏng nhiệt của bộ đèn được thực hiện bằng phần mềm ANSYS. Các bước phân tích là: thiết lập một mô hình đơn giản hóa, thiết lập các điều kiện biên, phân chia lưới và tính toán.
Mô hình vật lý của đèn điện
Một đèn LED đường hầm công suất cao được phát triển bởi một công ty LED nhất định ở Chiết Giang đã được chọn làm mô hình nghiên cứu. Đèn bao gồm các hạt đèn LED, vỏ đèn, miếng da, gương, bảng mạch, tản nhiệt và nguồn điện.
Trong số đó, hạt đèn được thể hiện trong Hình 2, thuộc cấu trúc gói tích hợp. Mỗi hạt đèn được đóng gói với 9 chip ánh sáng xanh GaN, ba chuỗi được kết nối thành chuỗi và bề mặt của chip được phủ bằng phốt-pho để bù ánh sáng. Con chip được bọc bằng nhựa epoxy và cố định trên tản nhiệt đồng bằng keo bạc. Lắp đặt ống kính và kết nối điện cực với một dây vàng. Tản nhiệt và bảng mạch được nối với nhau bằng silica gel dẫn nhiệt, và bảng mạch và tản nhiệt được cố định bằng ốc vít ở bốn phía của tản nhiệt. Để giảm điện trở nhiệt tiếp xúc, lớp giữa của bảng mạch và tản nhiệt cũng được phủ bằng silica gel dẫn nhiệt.
Mô hình mạng nhiệt
Có ba cách chính để phân tích sự tản nhiệt của đèn LED theo cấu trúc của đèn:
1) chip - lớp phốt pho - nhựa epoxy - thấu kính - môi trường;
2) chip - dây vàng - khung - bảng mạch - silica gel nhiệt - tản nhiệt - môi trường;
3) Chip - keo bạc - tản nhiệt đồng - silica nhiệt - bảng mạch - silica gel nhiệt - tản nhiệt - môi trường.
Vì độ dẫn nhiệt của nhựa epoxy để đóng gói chỉ 0,2 W / (m · k), nên việc xử lý nhiệt được thực hiện ở đây. Ngoài ra, diện tích của dây vàng rất nhỏ, và hiệu ứng truyền nhiệt là tối thiểu. Do đó, con đường tản nhiệt chính là thứ ba, nghĩa là nhiệt phát ra từ chip được dẫn nhiệt bởi tản nhiệt, silica gel dẫn nhiệt, bảng mạch, silica gel dẫn nhiệt đến tản nhiệt, và sau đó tản nhiệt. Nhập không khí một cách đối lưu.
Nghiên cứu này trước tiên đơn giản hóa mô hình dựa trên các phương pháp tản nhiệt chính của phân tích trên: đơn giản hóa thấu kính đèn LED thành hình chữ nhật song song để giảm lượng tính toán; đơn giản hóa việc dán bạc giữa chip và tản nhiệt thành một tấm mỏng 0,1 mm; hạt đèn và tản nhiệt silica giữa các tấm được đơn giản hóa thành một tấm mỏng 0,3 mm.
Phân tích nhiệt của đèn
Sau đó xác định các điều kiện biên theo tình hình ứng dụng của đèn điện và điều kiện làm việc thực tế như sau:
1) Mỗi chip có công suất 1,5 W và hiệu suất phát sáng là 20%, do đó, công suất làm nóng trên mỗi chip là 1,2 W, nghĩa là tổng nhiệt của mỗi nguồn được xác định là 1,2 W.
2) Đèn chiếu sáng là đèn đường hầm và nhiệt độ tối đa không vượt quá 100 ° C, do đó bức xạ mặt trời không được xem xét.
3) Trong quá trình sử dụng thực tế, bộ đèn được lắp đặt trực tiếp trong không khí bên ngoài, thuộc về sự đối lưu tự nhiên. Do đó, sáu mặt của vỏ được xác định là mở và nhiệt độ môi trường được giả định là 25 ° C.
Nhiệt độ tối đa của đèn được tập trung tại chip và nhiệt độ tối đa cao tới 76,23 ° C. Xem xét một lỗi nhất định, rất có thể vượt quá nhiệt độ tiếp giáp tối đa cho phép là 80 ° C. Có thể thấy rằng khả năng tản nhiệt hiện tại của đèn LED tương đối kém, và cần phải thực hiện hệ thống làm mát hiện tại. cải tiến. Lý do chính để phân tích nhiệt độ cao của đèn là độ dày của bảng mạch lớn và độ dẫn nhiệt kém, lớp tản nhiệt quá nhiều, gây ra tắc nghẽn dẫn nhiệt và nhiệt không tốt truyền.