Werkzeug zur thermischen Analyse
Software für die thermische Analyse kann den thermischen Zustand des Systems realistisch simulieren und während der Produktdesignphase thermisch simuliert werden, um die höchste Temperatur im Modell zu bestimmen. Wenn die zulässige Temperatur überschritten wird, sollten die Wärmeableitungsmaßnahmen verbessert werden, um die Verwendungsanforderungen zu erfüllen. Dies reduziert die Kosten für Design, Redesign und Reproduktion und erhöht die Erfolgsquote des Produkts.
Gegenwärtig gibt es viele Arten von Software für die thermische Analyse, wie z. B. ANSYS, FLUENT, EFD, ICEPAK und FloTherm.
1) Aus betrieblicher Sicht ist EFD in die Software PRO / E, SW, CATIA eingebettet. Das Softwaremodell ist einfach einzurichten und einfach einzurichten. Es ist nützlich für grobe Berechnungen im Engineering, aber die Software belegt mehr Systemressourcen. Es sollte nicht zu viel geteilt werden, und die Berechnungsgenauigkeit ist nicht hoch.
2) In Bezug auf die Anwendbarkeit ist ICEPAK in ANSYS WB12.1 eingebettet, das allgemeine komplexe Oberflächen verarbeiten kann. Die Modellimportfunktion wurde erheblich verbessert, und die Softwarebedienung ist einfach. Wie bei EFD muss der Durchflusszustand nicht manuell berechnet werden. Komplexe Netze lassen sich schnell verarbeiten.
3) Aus der Tradition der elektronischen Kühlung ist FloTherm breiter als ICSPAK und hat lange den Markt für elektronische Thermoanalysen besetzt, es ist jedoch schwierig, gekrümmte Oberflächen zu bearbeiten. Die Modellierung ist ein zentrales Thema für Designer von LED-Leuchten.
4) Aus beruflicher Sicht sind ANSYS und FLUENT die bevorzugte Software für akademische Studien und Aufsätze und legen Wert auf genaue Berechnungen aus der Theorie. Die ANSYS-Software basiert auf der Finite-Elemente-Methode und das Berechnungsergebnis ist hochpräzise. Es ist für diejenigen mit höherer theoretischer Basis geeignet und kann leicht manuelles Programmieren und Optimierungsdesign realisieren.
Basierend auf dem obigen Vergleich wurde die ANSYS-Software für die thermische Analyse verwendet.
Thermische Analyse einer Hochleistungs-LED-Lampe
In diesem Artikel wird eine Hochleistungs-LED-Lampe als Modell für die Forschung verwendet. Die thermische Simulationsanalyse der Leuchte erfolgt mit der Software ANSYS. Die Analyseschritte sind: Erstellen eines vereinfachten Modells, Festlegen von Randbedingungen, Aufteilen des Rasters und Berechnen.
Physikalisches Modell der Leuchte
Als Forschungsmodell wurde eine von einem bestimmten LED-Unternehmen in Zhejiang entwickelte Hochleistungs-LED-Tunnelleuchte ausgewählt. Die Lampe besteht aus LED-Lampenkugeln, Lampenabdeckungen, Lederpolstern, Spiegeln, Leiterplatten, Kühlkörpern und Netzteilen.
Darunter ist in Figur 2 die Lampenkugel dargestellt, die zur integrierten Gehäusestruktur gehört. Jede Lampenkugel ist mit 9 GaN-Blaulichtchips verpackt, drei Strings sind in Reihe geschaltet und die Oberfläche des Chips ist zur Lichtkompensation mit Phosphor beschichtet. Der Chip ist mit Epoxidharz vergossen und mit Silberkleber auf dem Kupferkühlkörper befestigt. Installieren Sie die Linse und verbinden Sie die Elektrode mit einem Golddraht. Der Kühlkörper und die Leiterplatte sind durch das wärmeleitende Silicagel verbunden, und die Leiterplatte und der Kühlkörper sind durch Schrauben an den vier Seiten des Kühlkörpers befestigt. Um den Kontaktwärmewiderstand zu verringern, ist auch die mittlere Schicht der Leiterplatte und des Kühlkörpers mit dem wärmeleitenden Kieselgel beschichtet.
Modell des thermischen Leuchtennetzwerks
Es gibt drei Hauptmethoden, um die Wärmeabgabe der LED-Lampe anhand der Struktur der Lampe zu analysieren:
1) Chip - Leuchtstoffschicht - Epoxidharz - Linse - Umgebung;
2) Chip - Golddraht - Halterung - Leiterplatte - thermisches Kieselgel - Kühlkörper - Umgebung;
3) Chip - Silberkleber - Kupferkühlkörper - Thermosilikagel - Leiterplatte - Thermosilikagel - Kühlkörper - Umgebung.
Da die Wärmeleitfähigkeit des zu verkapselnden Epoxidharzes nur 0,2 W / (m · k) beträgt, wird hier die Wärmebehandlung durchgeführt. Außerdem ist die Fläche des Golddrahtes sehr klein und der Wärmeübertragungseffekt ist minimal. Daher ist der Hauptwärmeableitungsweg der dritte, das heißt, die vom Chip abgegebene Wärme wird von der Wärmesenke, dem wärmeleitenden Kieselgel, der Leiterplatte, dem wärmeleitenden Kieselgel zur Wärmesenke und dann von der Wärmesenke geleitet Kühlkörper. Betreten Sie die Luft auf konvektive Weise.
Diese Studie vereinfacht zunächst das Modell, das auf den Hauptwärmeableitungsmethoden der obigen Analyse basiert: Vereinfachung der LED-Lampenlinse in ein rechteckiges Parallelepiped, um den Rechenaufwand zu verringern; Vereinfachung der Silberpaste zwischen dem Chip und dem Kühlkörper auf eine dünne Platte von 0,1 mm; Lampenkugeln und Wärmeableitung Die thermische Kieselsäure zwischen den Platten wird zu einer 0,3 mm dünnen Platte vereinfacht.
Thermische Analyse von Lampen
Bestimmen Sie dann die Randbedingungen entsprechend der Einsatzsituation der Leuchte und den tatsächlichen Arbeitsbedingungen wie folgt:
1) Jeder Chip hat eine Leistung von 1,5 W und eine Lichtausbeute von 20%, so dass die Heizleistung pro Chip 1,2 W beträgt, dh die Gesamtwärme jeder Quelle ist mit 1,2 W definiert.
2) Die Leuchte ist eine Tunnelleuchte und die maximale Temperatur überschreitet 100 ° C nicht, sodass die Sonneneinstrahlung nicht berücksichtigt wird.
3) Bei der tatsächlichen Verwendung wird die Leuchte direkt in die Außenluft eingebaut, die zur natürlichen Konvektion gehört. Daher werden die sechs Seiten des Gehäuses als Öffnung definiert, und die Umgebungstemperatur wird mit 25 ° C angenommen.
Die Maximaltemperatur der Leuchte konzentriert sich auf den Chip und die Maximaltemperatur liegt bei 76,23 ° C. In Anbetracht eines bestimmten Fehlers ist es sehr wahrscheinlich, dass die maximal zulässige Sperrschichttemperatur von 80 ° C überschritten wird. Es ist zu erkennen, dass die aktuelle Wärmeabgabe der LED-Leuchte relativ schlecht ist und das aktuelle Kühlsystem ausgeführt werden muss. verbessern. Der Hauptgrund für die Analyse der hohen Temperatur der Lampe ist, dass die Dicke der Leiterplatte groß und die Wärmeleitfähigkeit schlecht ist und die Wärmeableitungsschicht zu groß ist, was einen Wärmeleitungsengpass verursacht und die Wärme nicht gut ist übertragen.