Ferramenta de análise térmica
O software de análise térmica pode simular realisticamente o estado térmico do sistema e pode ser simulado termicamente durante a fase de design do produto para determinar a temperatura mais alta do modelo. Se a temperatura permitida for excedida, as medidas de dissipação de calor devem ser aprimoradas para atender aos requisitos de uso. Isso reduz o custo de design, reprojeto e reprodução e aumenta a taxa de sucesso do produto.
Atualmente, existem muitos tipos de software de análise térmica, como ANSYS, FLUENT, EFD, ICEPAK e FloTherm.
1) Do ponto de vista operacional, o EFD está incorporado no software PRO / E, SW, CATIA. O modelo de software é fácil de configurar e simples de configurar. É útil para cálculos aproximados em engenharia, mas o software ocupa mais recursos do sistema. Não deve ser muito dividido e a precisão do cálculo não é alta.
2) Em termos de aplicabilidade, o ICEPAK está incorporado na ANSYS WB12.1, que pode lidar com superfícies complexas gerais. A função de importação de modelos foi bastante aprimorada e a operação do software é simples. Como o EFD, não há necessidade de calcular manualmente o estado do fluxo. O manuseio de malhas complexas é rápido.
3) Da tradição do resfriamento eletrônico, o FloTherm é mais amplo que o ICSPAK e há muito ocupa o mercado de análises térmicas eletrônicas, mas é difícil processar superfícies curvas. A modelagem é uma questão fundamental para os projetistas de luminárias LED.
4) Profissionalmente, ANSYS e FLUENT são os softwares preferidos para estudos acadêmicos e ensaios, e enfatizam cálculos precisos da teoria. O software ANSYS é baseado no método dos elementos finitos e o resultado do cálculo tem alta precisão. É adequado para pessoas com maior base teórica e pode facilmente realizar programação manual e design de otimização.
Com base na comparação acima, o software ANSYS foi utilizado para análise térmica.
Análise térmica de uma lâmpada LED de alta potência
Neste artigo, uma lâmpada LED de alta potência é usada como modelo para pesquisa. A análise de simulação térmica da luminária é realizada usando o software ANSYS. As etapas de análise são: estabelecimento de um modelo simplificado, definição das condições de contorno, divisão da grade e cálculo.
Modelo físico da luminária
Uma luz de túnel LED de alta potência desenvolvida por uma determinada empresa de LED em Zhejiang foi selecionada como modelo de pesquisa. A lâmpada consiste em contas de lâmpada LED, capas de lâmpadas, almofadas de couro, espelhos, placas de circuito, dissipadores de calor e fontes de alimentação.
Entre eles, o grânulo da lâmpada é mostrado na Figura 2, que pertence à estrutura integrada da embalagem. Cada esfera de lâmpada é embalada com chips de luz azul de 9 GaN, três cordas são conectadas em série e a superfície do chip é revestida com fósforo para compensação da luz. O chip é encapsulado com resina epóxi e fixado no dissipador de calor de cobre com cola de prata. Instale a lente e conecte o eletrodo com um fio de ouro. O dissipador de calor e a placa de circuito são conectados pelo gel de sílica condutor térmico, e a placa de circuito e o dissipador de calor são fixados por parafusos nos quatro lados do dissipador de calor. Para reduzir a resistência térmica do contato, a camada intermediária da placa de circuito e o dissipador de calor também são revestidos com o gel de sílica condutor térmico.
Modelo de rede térmica luminária
Existem três maneiras principais de analisar a dissipação de calor da lâmpada LED pela estrutura da lâmpada:
1) camada de chip - fósforo - resina epóxi - lente - ambiente;
2) chip - fio de ouro - suporte - placa de circuito - sílica gel térmica - dissipador de calor - ambiente;
3) Chip - cola de prata - dissipador de calor de cobre - sílica gel térmica - placa de circuito - sílica gel térmica - dissipador de calor - ambiente.
Como a condutividade térmica da resina epóxi para encapsulamento é de apenas 0,2 W / (m · k), o tratamento térmico é realizado aqui. Além disso, a área do fio de ouro é muito pequena e o efeito de transferência de calor é mínimo. Portanto, o principal caminho de dissipação de calor é o terceiro, ou seja, o calor emitido pelo chip é conduzido pelo dissipador de calor, pelo sílica gel condutor térmico, pela placa de circuito, pelo sílica gel condutor térmico pelo dissipador de calor e pelo dissipador de calor. Entre no ar de maneira convectiva.
Este estudo simplifica primeiro o modelo com base nos principais métodos de dissipação de calor da análise acima: simplificando a lente da lâmpada de LED em um paralelepípedo retangular para reduzir a quantidade de cálculo; simplificando a pasta de prata entre o chip e o dissipador de calor para uma placa fina de 0,1 mm; contas de lâmpada e dissipação de calor A sílica térmica entre as folhas é simplificada para uma placa fina de 0,3 mm.
Análise térmica de lâmpadas
Em seguida, determine as condições de contorno de acordo com a situação de aplicação da luminária e as condições reais de trabalho da seguinte maneira:
1) Cada chip possui uma potência de 1,5 W e uma eficiência luminosa de 20%; portanto, a potência de aquecimento por chip é de 1,2 W, ou seja, o calor total de cada fonte é definido como 1,2 W.
2) A luminária é uma luz de túnel e a temperatura máxima não excede 100 ° C, portanto a radiação solar não é considerada.
3) No processo de uso real, a luminária é instalada diretamente no ar externo, que pertence à convecção natural. Portanto, as seis faces do gabinete são definidas como abertura e a temperatura ambiente é assumida como sendo 25 ° C.
A temperatura máxima da luminária é concentrada no chip e a temperatura máxima é de 76,23 ° C. Considerando um certo erro, é muito provável que exceda a temperatura máxima permitida da junção de 80 ° C. Pode-se observar que a dissipação de calor atual da luminária LED é relativamente baixa e é necessário executar o sistema de refrigeração atual. melhorar. O principal motivo para analisar a alta temperatura da lâmpada é que a espessura da placa de circuito é grande e a condutividade térmica é baixa e a camada de dissipação de calor é excessiva, o que causa um gargalo na condução de calor e o calor não é bom. transmitido.