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热仿真简化LED光源的研发
  任何一种方式的电气照明产品都发生一种负产品:热。从白炽光源到荧光照明,代代工程师都在研发将热量最小化或将从光源或设备别离热量的办法。可是led照明,现在正以不断提高的质量和不断添加的方式,带来了新的和不同的挑战。
  热量的开展会降低LED光输出,引起色彩的改变,同时,缩短元件的运用寿命。听说,热管理是到现在为止,对LED体系规划最要害的方面。从一个工程师的视点而言,这意味着要学习跨过结构和电子规划领域常用的东西,要了解结构和电子规划领域之外的流程。走运的是,现在现已有热规划解决方案,在热验证和测验挑战方面,能协助简化工程师的规划之路。
  验证规划概念
  研发一种新的光源体系时,有必要验证最基础的产品概念,使结构方面和美学方面的主意与热功能的实际需求能统一。
  成功的LED体系规划要害是将活动设备的热量有用地从它的PN结搬运到环境。焊接LED的PCB板和外壳都参加到暖流途径中。规划工程师有必要确定,外壳和护罩在搬运热量方面体现出效率。制作和测验系列什物样品来验证这一点是昂贵的,并且需求的时刻多,因而,近来的规划工程师在规划前期阶段一般采用根据软件的办法。
  比较受欢迎的办法是运用核算流体力学(CFD=ComputationalFluidDynamics)剖析,以虚拟的方式模仿方案中的设备。关于前期规划概念而言,这个办法比树立什物样品要灵活很多,并且一样有用。虚拟模型将特性很好指出后,什物样品就可在此基础上清晰哪些可行,哪些不可行。一直以来,CFD仿真都是由一些具有有高级数据和流体力学背景的剖析人士来操作,它要求履行剖析的人员把握复杂的CFD建模东西。
  最新的开展将CFD技术带到了结构工程师的桌面,极大地简化和加快了剖析。新的流程,即同步CFD,将预备和履行仿真剖析要求的大部分作业过程主动化。运用无缝集成在通用MCAD环境,比方Pro/ENGINEER?,使得结构工程师能对一个新光源规划树立虚拟仿真模型,并检测散热功能。
  一款无缝集成的同步CFD运用比方MentorGraphcis公司的FloEFD?软件:
  ––通过直接运用MCAD模型,运用在MCAD运用中所保存的规划的尺度和物理特征
  ––检测流体区域和固体区域,并为这些区域划分网格,创立高级主动网格
  ––协助工程师设置边界条件
  ––主动供给求解操控设置,在求解器核算时协助确定收敛
  规划验证的底线,不论产品是一款新光源,还是对现有规划进行修正,都应是具体了解LED设备的热体现。如果在研发的新LED灯具中,放置已有的设备,那么具体了解热体现也十分重要,由于将原装置的散热功能与灯具配套是要害。
  热数据应该从LED供货商手中获取,虽然在现在的行业标准中缺少这些信息,在印刷的产品规格中,供给的信息通常不行全面。比方,热功能数据通常会供给,可是它或许不包括作业温度范围,终究用户体系实际作业时的温度在哪个领域。可是,规划工程师有必要依托LED制作商供给的数据或简约模型来履行光源评价,或公司内部测验,或开端前期光源规划。
热仿真简化LED光源的研发
  LED光源的MCAD模型
  流程从光源的结构规划开端。图1展现的是原始规划过程。描绘的体系包括了一个全体接头(图中黄色部分),它衔接灯具的外罩,灯具外罩的鳍片起着散热器的效果。接头插在一个套接座上,规划套接座有时候是让它能进一步传导热量,作为散热体系的一部分。可是,在这个特别的体系中,套接座仅仅支撑和衔接灯具的一个东西。光源是一个功率LED,它安装在一个金属芯PCB上。在图1中,灯具长度省掉了,这是为了更好的展现LED的具体信息。
  运用同步CFD东西,预备热剖析的作业就能十分高效地进行。同步CFD运用产品是无缝集成在MCAD环境中的,所以光源的尺度和物理特性就现已存在于CFD运用中了。具体就如图1中所展现的。
  如果有需求时,CFD东西也主动模仿剖析中需求处理的流体区域中存在的内部空穴。这种需求,在处理管道内流体的问题时,更为常见。关于通过光源的气流以及光源周围的气流,这个运用中咱们需求重视。
  创立核算网格
  灯具组件中心切面的核算网格
  内部温度及它们的散布是热剖析中重视的要点,同步CFD运用(相同还是运用MCAD数据)能显现任何二维面,供给横截面视图,展现光源的内部状况。可是,首要却是要创立核算网格,如图2。同步CFD主动履行这一过程。
  在这里网格仅仅一个概念,可是,网格是复杂的CFD核算的中心。设备外表散布着小的矩形单元,每一个都跨过在实体和流体间,分开的区域被独自核算。之后程序生成混合成果,将一切网格包括在内。
  注意到在图2中,网格单元尺度不一。与外罩外围的网格比较,簇集在LED周围的网格尺度更小。这是由于高级的同步CFD技术为需求更高网格精度
  的区域主动供给更细密的网格。
  接下来,工程有必要定义边界条件,它们是在核算中要用到的设备的作业参数和约束。有必要设定外部环境温度,以及LED设备的功率,CFD剖析的多次迭代中将运用到。
  显现的是横切面的CFD核算成果。它不只显现了热量在灯具实体部件的散布,也显现了与灯具外部对流的气流矢量。这个案例中的三维图合适可视化内部状况,可是活动矢量合适二维平面。这个视图中,色彩从红(最热)到蓝(最冷却),在这两个极端之间存在橙色和绿色。
  搬运热量
  当然,剖析的意图是为了确定方案的规划能够将热量从LED光源搬运,并能安全地将热量带到环境中。是别的一张同步CFD的视图,对这个问题供给了重要的答案。在这张图中,粒子示踪的气流途径,像是很小的除尘器。相同,这里色彩代表了热散布,不过这张图中,色彩对应了数值。注意这个活动型态:蓝(冷)空气从下面进入,在通过光源时被加热成蓝绿色。对流将加热的空气往上方带,并带走加热的空气。这对灯具而言,散热是否满足,以及在终究规划中是否还会有其他外罩?这个问题只要规划工程师能答复,可是同步CFD剖析现已供给了数据,协助做出判别。
  总结
  同步CFD仿真/剖析流程如MentorGraphics公司的FloEFD软件,关于改进规划概念是不可或缺的。与创立什物样品和测验样品比较,它要便宜很多;而同步CFD中创立的主动流程意味着,第一次评价的周期预备作业简单,而对之后每一次的仿真,操作起来则更快捷。提倡在规划完全和确实被优化后,再树立什物样品,是一种环境走势。同步CFD能用来快速决议钟型外罩的最佳开槽数目,以及各槽之间金属的厚度,从而将热量扩散到环境的数量最大化。