Nagyteljesítményű 3x3 UV LED modul numerikus vizsgálata az M2 számítási modell alkalmazásával

MEAHT

Nagyteljesítményű 3x3 UV LED modul numerikus vizsgálata az M2 számítási modell alkalmazásával. Kutatási jelentés/Oktatási segédlet Dr. Kalmár László & Varga Zoltán Dénes

TÁMOP 4.2.1.B-10/2/KONV-0001-2010 projekt keretében Miskolc 2012 1

Tartalom 1.

Bevezetés ............................................................................................................................ 3

2.1.

A nagyteljesítményű 3x3 UV LED modul bemutatása ..................................................... 4

2.2.

A LED felépítésének bemutatása .................................................................................... 5

2.3.

A NYÁK lap szerkezete ..................................................................................................... 6

2.4.

Az UV LED modul hűtése ................................................................................................. 8

3.

A laboratóriumi mérés bemutatása .................................................................................... 9

4.

A CFD szimuláció geometriai előkészítése ........................................................................ 11

4.1.

A geometria előállítása.................................................................................................. 11

4.2.

A számítási tartomány hálózása (diszkretizációja) ........................................................ 12

4.3.

Elhanyagolások .............................................................................................................. 14

•

Fizikai jellemzők egyszerűsítései ................................................................................... 14

•

Geometriai egyszerűsítések .......................................................................................... 14

5.

Szimuláció ......................................................................................................................... 15

5.1.

Peremfeltételek ............................................................................................................. 16

5.2.

Kezdeti érték ................................................................................................................. 17

5.3.

Futtatás.......................................................................................................................... 17

6.

Szimulációs eredmények................................................................................................... 17

7.

Levonható következések ................................................................................................... 27

8.

Irodalomjegyzék ................................................................................................................ 28

2

1. Bevezetés Az elmúlt évtizedben és napjainkban is a LED (Light Emitting Diode =”fényt kibocsájtó dióda”) technológia alkalmazása fénykorát éli – sok pozitív tulajdonságának köszönhetően – amelyek közül a legkiemelkedőbb a jó hatásfoka. Ez lehetővé teszi egyre több alkalmazási területen pl.: a korábbi izzó alapú fényforrások lecserélését, ami révén a háztartások és gyárak, vagyis a felhasználók széles tábora jelentős mennyiségű energiát tud megspórolni. LED-ek megtalálhatók égők formájában, TV háttérvilágításaként, utcai lámpaként, stb. A kifejlesztett fénykibocsájtó diódák sokrétűek, amelyet az is kifejez, hogy a kibocsájtott fény hullámhossza (és ezáltal a LED által kibocsájtott szín is) tetszőlegesen széles tartományban megválasztható. A LED-ek a mindennapi élet számára talán kevésbé ismert egyik felhasználási területe az iparban, azon belül is autóiparban a festék megszilárdítási folyamata során való alkalmazása, amelyeket speciális elrendezésű és nagyteljesítményű UV LED-ekkel gyorsítják. Ezen diódák alkalmazásának egyik legnagyobb problémája az, hogy a LED-ek kicsi mérete ellenére a működtetésük során meglehetősen nagy a veszteségteljesítményük, ami jelentős hőfejlődéshez vezet. A kialakuló üzemi hőmérséklet változásával a LED kibocsájtott fényteljesítménye nem állandó, hanem nagymértében változik. Kb. 45oC felett a kibocsájtott fényteljesítmény jelentősen csökkenő tendenciát mutat annak ellenére, hogy a felvett teljesítmény gyakorlatilag nem változik. E miatt a LED-ek alkalmazása során a mutatkozó hőmérsékletemelkedés megakadályozása érdekében a LED hűtéséről gondoskodni kell. A nem megfelelő hűtés előidézheti a LED élettartamának csökkenését és a kb. 1000C körüli üzemi hőmérséklet a dióda teljes tönkremenetelét, illetve megsemmisülését is okozhatja. Ebben az oktatási segédletben az University of Science, Ashaffenburg munkatársai által kifejlesztett aktív hűtéssel ellátott és nagyteljesítményű, 3x3 elrendezésű UV LED modul által keltett hő terjedésének numerikus vizsgálatának bemutatása a célunk. A numerikus vizsgálatok elvégzése során az M2 számítási modell-t alkalmaztuk. Először az M2 számítási modul kifejlesztésének részletei, majd az alkalmazása során nyert szimulációs eredmények kerülnek bemutatásra. A számított szimulációs eredmények – azok validálása érdekében – összehasonlításra kerülnek a német partner által elvégzett laboratóriumi mérési eredményekkel, amit az oktatási segédletben is bemutatunk.

3

2.1.

A nagyteljesítményű 3x3 UV LED modul bemutatása

A bevezetésben már röviden vázolt nagyteljesítményű és 3x3 elrendezésű UV LED modulban üzemeltetés közben kialakuló hőátviteli folyamatok numerikus vizsgálatára került sor. A 3x3 UV LED modul felülnézeti fotója az 1. ábrán látható.

1. ábra: A 3x3 UV LED modul felülnézete

Az ábra felülnézeti képén jól látható a kikapcsolt állapotban lévő 9db. LED, amelyek az ábrán fehér színű négyzetek. Az ábra jobb felső sarkában a pirossal bekeretezett négyzetben egy LED fényforrás kinagyított fotója is megtalálható, így képi információt kapunk a LED felépítésének további részleteiről. A nagyteljesítményű UV LED testekben generálódik az UV LED modult felmelegítő hőenergia jelentős része. A szimuláció elvégzésekor a csatlakozó vezetőkben – az üzemeltetés során kialakuló feszültségcsökkenés következtében – keletkezett hőmennyiséget elhanyagoljuk, mivel azok a LED-ekben keletkező hőenergia értékéhez képest nagyságrendekkel kisebbek. Az 1. ábrán ugyancsak látható a NYÁK lap felső felületén lévő aranyszínűnek tűnő rézlap, amely jó hővezető tulajdonságai miatt került a NYÁK mindkét külső felületein kialakításra. A rézlapon látható fekete színű „lyukak” az un. „thermal vias”. Ezek valójában adott 4

falvastagságú (összesen 4x7 = 28 db.) szintén rézből készített és kis átmérőjű csöveket jelentenek, amelyek a felső és alsó rézlap között jó hőelvezető csatornákat képeznek. Ezek csövecskék segítik a felső oldalon a LED-ek működtetése miatt keletkező hőenergia alsó (hűtött) oldalra való átjuttatását. Az ábrán látszó sötétzöld színű rész az elektronikai ipar sűrűn használt un. NYÁK lap, amelyre az UV LED modul kialakításra került.

2.2.

A LED felépítésének bemutatása

A LED-ek meglehetősen kisméretűek, szabad szemmel alig láthatóak. A méretük a következő geometriai értékekkel jellemezhetők, valójában a befoglaló méretük egy 0,6 mm szélességű, 0,6 mm hosszúságú és 0,12 mm magasságú hasáb. Anyagukat és szerkezetüket nézve meglehetősen összetettek. A szerkezeti felépítésük és azok részletezett összetétele a 2. ábrán jól áttekinthető.

2. ábra: Az UV LED felépítése

Az UV LED a P-Elektróda és N-Elektróda villamos bekötésén keresztül kapja a kellő UV fény előállításához szükséges feszültség-áramerősség kombinációt. A fény az „Active Layer”-ben keletkezik és a talapzatra merőlegesen kb. 30o-os nyílásszögű kúpnak megfelelően lép ki onnan.

5

A hőátviteli folyamat megoldásának szemszögéből fontos további információ az is, hogy a működtetés során keletkező hőmennyiség a „N-type GaN”, „Actice Layer”, és a „P-type GaN” rétegekben keletkezik. Az ábráról jól látható még az is, hogy a LED magassági méretének kb. 87%-át a Sapphire réteg teszi ki, amely későbbiek során a számítási modell egyszerűsítése érdekében majd elhanyagolásokat tesz lehetővé, amelyek a későbbiekben kerülnek részletezésre. A rendelkezésre álló – a gyártó által megadott – teljesítmény adatok a következők: •

Villamos bemenő teljesítmény: 390 mW

•

Optikai kimenő teljesítmény: 30 mW

•

Villamos veszteség teljesítmény: kb. 360 mW

A fenti adatokból jól kitűnik, hogy a villamos bemenő teljesítmény jelentős része nem az UV sugárzás előállítására használható fel, hanem hőfejlődésre fordítódik. Ez okozza működtetés során megoldandó legnagyobb problémát.

2.3.

A NYÁK lap szerkezete

Az elektronikai ipar egyik alapvető építő eleme a NYÁK (nyomtatott áramkör) a vizsgált és fent már bemutatott konfigurációban is megjelenik. Az UV LED-ek speciális áramköri lapra kerültek elhelyezésre, amelynek mindkét oldalán rézlap található. A NYÁK LED-ekhez képesti másik oldalán lévő rézréteghez közvetlenül csatlakozik az aktív léghűtés, egy hővezető paszta segítségével. A NYÁK lapnak az UV LED modul működtetése során talán egyik legfontosabb eleme a „thermai vias” nevű csövecskék, amelyek szintén rézből készültek. Ezek feladata a felső, valamint az alsó rézlap közötti hőátvitel javítása, a két réteg között kitűnő hőcsatornákat biztosítva. Így tehát a távozó hő nagyobb része, mely hővezetés útján jut el a hűtőbordákig az alábbi utat járja be: LED –> Ragasztó -> Felső rézlap –> Alsó rézlap –> Hővezető paszta -> Hűtőborda A fontosabb geometriai adatokat a 3. ábra tartalmazza. A felső és alsó rézlemez 7,5 mm x 7,5 mm alapterületű, a vastagsága pedig 0,07mm. A két felületen lévő rézlemez között található a NYÁK lap esetünkben FR-4 jelű, elektromosan szigetelő anyaga, melynek anyagvastagsága 1,46 mm. A „Thermal vias” csövek hossza 1,5 mm, külső átmérőjük 0,3 mm, falvastagságuk pedig 0,02 mm.

6

3. ábra: 3x3 UV LED modul szerkezete és főbb méretei

7

2.4.

Az UV LED modul hűtése

Ahogy az már korábban említésre került, az UV LED modulban működtetés során keletkező hőenergia környező levegőbe történő juttatásáról egy aktív léghűtés gondoskodik, mely két részből áll: •

Hűtőborda

•

Ventilátor

A hűtőborda egy alumíniumból készült fémszerkezet, amely jó hővezető tulajdonságú. A hűtőborda geometriája a 4. ábrán látható.

4. ábra: Hűtőborda rajza

A hűtőventilátor feladatát egy a kereskedelmi forgalomban is könnyen beszerezhető 40mm x 40mm-es befoglaló méretű számítógép hűtésére kifejlesztett, FD6325 típusú ventilátor látja el, amelynek fordulatszáma a teljes mérés alatt közel állandó volt. 8

3. A laboratóriumi mérés bemutatása A 3x3 UV LED modul instacionér hőmérséklet eloszlásának laboratóriumi mérésekkel történő elvégzésére az University of Science, Ashaffenburg munkatársai által egy mérőberendezés került kialakításra, amelynek főbb elemei az 5. ábrán láthatók.

5. ábra: Laboratóriumi vizsgálatokra kifejlesztett mérőberendezés

A ábra felső részén látható a „Power unit”, amely a megfelelő működtetéshez szükséges áramerősség-feszültség arány szolgáltatásáért felelős. A „Positioner” tartja a 3x3 UV LED modult, és segíti az hőmérő optikai érzékelőjét a mérendő felületen megfelelően helyzetben 9

megtartani a mérés végzése alatt. A hőmérséklet mérésére egy olyan optikai elven működő hőmérő került alkalmazásra, amelynek „mérőfeje” az un. „Optical sensor”, míg a központi egysége és a kijelző egység, amit az ábrán a „Portable instrument” felirattal jelöltünk meg. Az optikai szenzor átmérője 0,5 mm, amelynek kinagyított képe az 5. ábra jobb legalsó ábráján látható. Az alkalmazott hőmérsékletmérő eszköz kb. 1s alatt 5 diszkrét hőmérséklet értéket tud megmérni és azokat a későbbi feldolgozás érdekében letárolni. A mérési eredményeket a kutatási jelentésben a szimulációs eredménnyel való összehasonlításkor a későbbiekben fogjuk bemutatni. A szimulációs eredmények validálása érdekében a 3x3 UV LED modul összesen 9db. diszkrét pontjain mértük meg a hőmérséklet időbeli változását. A kiválasztott mérési pontok geometriai elhelyezését a 6. ábra mutatja meg.

6. ábra: A 9db. mérési pont geometriai elhelyezkedése

10

4. A CFD szimuláció geometriai előkészítése A geometriai előkészítés nélkülözhetetlen és meglehetősen fontos eleme minden CFD szimulációknak. Fontos először tisztázni a számítási tartomány kialakítását, vagyis azt, hogy az adott fizikai tartomány melyik részét válasszuk ki a szimulációhoz és melyik részt hagyjuk el. Ugyancsak fontos a körülmények részletes elemzését követően eldönteni, hogy ezen tartományok közül melyek definiálhatóak folyadéknak és melyek szilárd anyagnak, valamint ki kell jelölnünk azok találkozási felületeit is. A feladatok nagy részében a numerikusan kiválasztott számítási tartomány, vagyis a numerikusan szimulálandó fizikai tér a valóságban többnyire nagyon bonyolult geometriával rendelkezik, ami az előkészítés során elvégzendő hálózás elvégzését jelentősen megnehezítheti és jelentősen megnövelheti az elemszámot is, ezáltal sokkal hosszabb futást eredményezhet. Ezért legtöbb esetben néhány felületet egyszerűsíteni lehet és megfontoltan néhány kevésbé jellemző részt esetleg teljesen elhagyni. Nagy gyakorlatot és koncentrált figyelmet igényel ez a tevékenység. Ugyanis az itt hozott döntések nagymértékben befolyásolhatják a CFD eredményeinek használhatóságát. A CFD szimulációk előkészítése minden esetben két alapvető rész tartalmaz: 1. a geometria előállítása közvetlenül az előkészítő programban, vagy más programból történő beimportálása, 2. a számítási tér diszkretizációja, mely véges térfogatokra történő felosztást jelent. A kutatási munka keretében szimulált a 3x3 UV LED modul-nál alkalmazott elhanyagolások lejjebb részletesen megtalálhatók.

4.1.

A geometria előállítása

A konfiguráció geometriája nem állt rendelkezésre valamilyen CAD rendszerben, így a teljes tartomány a geometriai előkészítő programban, vagyis a Gambit nevű programban lett felépítve. A Gambit program, a Fluent véges térfogat elemeket használó kereskedelmi szoftver előkészítő egysége. Számítási tartomány közvetlenül a hűtőkeret és környékére korlátozódik, kihagyva a mérő helység nagy részét. A beméretezett számítási tartomány a 7. ábrán látható, két nézetben. Az ábrán látható folytonos vonalak a szimulált térrész határait jelentik, a szaggatott vonal pedig a hűtő teret, NYÁK lapot és a LED-eket jelzik.

11

7. ábra: A számítási tartomány fő méretei

4.2.

A számítási tartomány hálózása (diszkretizációja)

A diszkretizáció szintén minden numerikus szimuláció nélkülözhetetlen része, ami sok időráfordítást és nagy figyelmet igényel. A ráfordított időt később a futtatások során többszörösen is vissza lehet nyerni. A hálózás részletei terjedelmi okok miatt nem kerülnek most bemutatásra, azonban néhány fontos összegző tulajdonság megemlítésre kerül. Mivel a Fluent szimulációs program véges térfogatok módszerének alkalmazásán alapul, így a számítási tartományt a futtatások elvégezhetősége érdekében véges térfogatokra kellett felosztani. Hálózásnál külön figyelmet kapott néhány un. „íratlan szabály” betartása. Ez pl. azt jelenti, hogy két egymást követő elem térfogat-aránya nem lehet nagyobb, mint 200% (ajánlott 130% alatt tartani), valamint a legvékonyabb falat is legalább 3 elemre fel kell osztani, stb. 12

A numerikus szimuláció előkészítése során teljes háló strukturált háló került kialakításra, amely tudatosan lépésről lépésre került elkészítésre, minimalizálva az elemszámot (így a futtatási időt is), és figyelve a várható, és lehetséges numerikus nehézségekre. A 8. ábrán látható az kialakított háló esetében az elemek torzultság 0-1-közötti tartományon skálázva.

8. ábra: háló adatok

Kiolvasható hogy összesen 2067563 db. véges térfogatelem található a tartományban. Ez magában foglalja a szilárd és légnemű részeket is. Az elemek maximális torzultsága 0,75, ami garancia lehet a futtatás közbeni numerikus stabilitásra vonatkozóan. A 9. ábrán a hálóról látható egy axonometrikus, egy un. drótvázas kép.

9. ábra: Hálózásról axonometrikus drótvázas kép

13

4.3.

Elhanyagolások

Mint korábban már volt szó az elhanyagolásokról, de csak érintőlegesen. Ebben a pontban azonban részletezésre kerülnek, mivel ezek fontosak és ki nem hagyhatóak a tárgyalási részből. Lehet itt beszélni egyrészt a fizikai anyagjellemzők, valamint másrészt a geometriai egyszerűsítéséről.

• Fizikai jellemzők egyszerűsítései  A fajhő, a hővezetési tényező és minden más szilárd anyaghoz tartozó anyagi tulajdonságot, mind az időben és mind a hőmérsékletváltozás esetében is állandónak tekintünk. Ezeket a feltételezéseket azért alkalmazhatjuk, mert a hőátviteli folyamat során viszonylag nem nagy hőmérsékletváltozások vannak (max. 80 K hőmérséklet differencia fordulhat elő!)  E pontba sorolható még az a további gyakran alkalmazott egyszerűsítés is, hogy a szimulációban szereplő anyagokat homogének, és izotópnak (az anyag tulajdonságai minden irányban azonosak) tekintjük.

• Geometriai egyszerűsítések  Egyik legszembetűnőbb elhanyagolás, hogy még mérés elvégzése egy nagy laborhelyiségben történt, a szimulációs tér ettől nagyságrenddel kisebb. Ez a feltételezés a kis fellépő hőmennyiségek miatt alkalmazható, ugyanis a mérő szoba környezetét gyakorlatilag semmilyen módon nem zavarja.  Talán a másik legszembetűnőbb elhanyagolás, hogy míg a mért egységen az FR-4 (1 ábra zöld színű része) kb. 30 mm x 30 mm-es befoglaló méretekkel rendelkezik, addig a szimuláció során ennek csak a 7,5 mm x 7,5 mm-es rézréteg alatt lévő NYÁK lap anyagát vettük figyelembe. Ennek az elhanyagolás alkalmazására az adott módot, hogy a FR-4 hővezetési tényezője közel ezred része a rézének. Így a távozó hő csak elenyészően kevés része távozik a LED – felső rézlap – NYÁK lap – levegő úton. A jelentős rész a „thermal vias” segítségével jut át a NYÁK alsó oldalához.  A LED kicsiny mérete, valamint az az tény, hogy az anyaga kb. 87%-át Sapphire teszi ki (2. ábrán látható) lehetővé tette, hogy a bonyolult geometriát csak egy 0,6mm x 0,6mm x 0,12mm befoglaló méretű téglatesttel helyetesíthetjük, mind a 9db. UV LED-nél. 14

 Aktív levegőmozgásról a hűtőbordák között egy ventillátor gondoskodik. A feladatban ventillátor laptájainak közvetlen hatását figyelmen kívül hagyva egy un. „mass flow inlet” peremfeltételt definiáltunk, ahol a belépő levegő sebessége párhuzamos a ventilátor forgástengelyével.  A megoldandó feladat szimmetrikus jellege következtében a teljes tartománynak csak a negyede jelentette a számítási tartományt, így a numerikus szimulációt az eredetinek csak a felére kellett elvégezni.

5. Szimuláció Eddig a fentiekben röviden bemutatásra került a labormérés, valamint a geometriai előkészítés azon belül is a geometriai előkészítés, a hálózás és az alkalmazott elhanyagolások. A következő feladat a numerikus számítások a perem-, és kezdeti feltételeinek beállítása. Ezt követően a numerikus megoldás a CFD feladat futtatása révén állítható elő. A feladat numerikus megoldása az áramlásra felírható alapegyenleteknek a diszkretizált számítási tartományon az megadott perem- és kezdeti feltételekhez tartozóan állítható elő.

15

5.1. Peremfeltételek

10. ábra: peremfeltételek

A 10. ábrán a számítási tartományról 3db. összetartozó axonometrikus nézet látható, amelyen a peremfeltételek a könnyebb megértés és áttekinthetőség érdekében külön színnel lettek jelölve. Az ábrán alkalmazott színek jelentései: 

Piros: „mass flow inlet” elnevezésű peremfeltétel, amely estében előírt tömegáramú levegő lép be a hűtőkeretet megfújva. A befújt levegő hőmérséklete megegyezik a szoba hőmérsékletével, az iránya a ventillátor fogástengelyével párhuzamos, a térfogatáram (tömegáramból a sűrűség ismeretében számítható) pedig megegyezik a ventillátor légszállításával.



Sötét kék: „pressure outlet” elnevezésű peremfeltétel, amely a „mass flow inlet”-ek bejutott anyagmennyiség környezeti állapotú térrészbe való kijutásáról gondoskodik. 16



Cián kék: „wall” elnevezésű peremfeltétel, amelynél nincs átáramlás, így sem anyag sem energia nem hadja el a rendszert, vagy jut be a rendszerbe ezen keresztűl.



Citromsárga (a képen sötét sárga): „symmetry” elnevezésű peremfeltétel, a modell szimmetria lehetőségeit kihasználva a teljes tartományt negyedeli, ezzel együtt az elemszámot és a számítási időt is csökkenti.

5.2. Kezdeti érték Kezdeti érték megadása azt jelenti, hogy az ismeretlen fizikai mennyiségek (pl.: sebesség, hőmérséklet, sűrűség, nyomás, stb.) értékeit a t= 0 s-hoz tartozóan megadjuk. Ez legegyszerűbb esetben a fizikai jellemzők értékének egy kiinduló, többnyire egy állandó értékének megadását jelenti.

5.3. Futtatás A futtatás a szimulációs folyamat egyik legidőigényesebb része. Ekkor kell ugyanis a szimulációs paraméterek értékeit helyesen beállítani. Ez különösen nehéz instacionér áramlási feltételek esetében végzett futtatásnál, amikor a végrehajtásához szükséges az időlépcső nagyságának helyes megválasztása. Ez az érték akkor tekinthető helyesnek, ha az a numerikusan stabil futtatást biztosítja. Esetünkben a futtatás a rendelkezésre álló laboratóriumi méréshez igazodva t=0 s-tól t=20 sig tartott, az alkalmazott időlépcsőt pedig 0,002 s–ra választottuk. Egy időlépcsőhöz tartozóan az iterációk maximális száma 25db. volt.

6. Szimulációs eredmények A számítási és mérési eredmények összehasonlítása adhat számunkra jól értékelhető visszajelzést arról, hogy a szimulált eredmények mennyire elfogadhatóak. Ezt a vonatkozó szakirodalom a szimulációs számítási eredmények validálásának nevezi. Annak érdekében, hogy a számítási eredmények bemutatása és a mérési eredményekkel való összehasonlítása jól áttekinthető legyen, azokat mérési pontonként azonos oldalon kétkét ábra felhasználásával mutatjuk be. Mivel a University of Science, Ashaffenburg munkatársai két laboratóriumi mérési sorozatot végeztek el [1, 2] a 3x3 UV LED modul esetére, amelyekre továbbiakban „Me1” (egy mérési görbe) és „Me3” (három mérési görbe) jelöléssel hivatkozunk. A számított és mért hőmérséklet időbeli változásaira vonatkozó összehasonlításokat külön ábrák formájában az alábbiakban kerülnek megjelenítésre. 17

3x3-s LED modul (1. mérési pont) 80

hőmérséklet (C)

70 60 50 40 30

mért hőmérséklet számított hőmérsékletM2

σs = 7.0571

20 0

10

5

idő (s)

20

15

11. ábra: 1. mérési pont számított és mért hőmérséklet értékei („Me1” mérési sorozat)


hőmérséklet (C)

70 60 50 mért hőmérséklet

1

40 30 20 0

mért hőmérséklet2 mért hőmérséklet

3

σs = 7.0462

számított hőmérséklet

M2

5

10

idő (s)

15


18

20


hőmérséklet (C)

45 40 35 30 25

σs = 3.0834

mért hőmérséklet számított hőmérséklet

M2

20 0

5

10

idő (s)

15

20



hőmérséklet (C)

45 40 35 mért hőmérséklet1

30 25 20 0

mért hőmérséklet

2

σs = 3.1896


3

számított hőmérsékletM2

5

10

idő (s)

15

20


19


hőmérséklet (C)

45 40 35 30 25

σs = 3.9835


M2

20 0

5

10

idő (s)

15

20



hőmérséklet (C)


1

30 25 20 0


2

σs = 4.5381


3


5

10

idő (s)

15

20


20


hőmérséklet (C)

70 60 50 40 30 20 0


σs = 3.7931 5

M2

10

idő (s)

15

20



hőmérséklet (C)


1

40 30 20 0


2

mért hőmérséklet3

σs = 4.7036 5


M2

10

idő (s)

15

20


21


hőmérséklet (C)

70 60 50 40 30 20 0


σs = 13.9607 5

M2

10

idő (s)

15

20



hőmérséklet (C)

70 60 50

mért hőmérséklet1 mért hőmérséklet

40 30 20 0

2


3

σs = 14.0366 5


10

idő (s)

15

20


22


hőmérséklet (C)

45 40 35 30 25

σs = 3.2199


M2

20 0

5

10

idő (s)

15

20



hőmérséklet (C)

50 45 40 35


1

30 25


σs = 3.7103


3


M2

20 0

5

10

idő (s)

15

20


23


hőmérséklet (C)

70 60 50 40 30 20 0


σs = 8.1257 5

M2

10

idő (s)

15

20



hőmérséklet (C)


1

40


2

30 20 0


σs = 8.5695 5


M2

10

idő (s)

15

20


24


hőmérséklet (C)

45 40 35 30 25

σs = 3.2841


M2

20 0

5

10

idő (s)

15

20



hőmérséklet (C)

50 45 40 35


1

30 25


2

σs = 3.7955


3


M2

20 0

5

10

idő (s)

15

20


25


hőmérséklet (C)

70 60 50 40 30 20 0


σs = 10.5585 5

M2

10

idő (s)

15

20



hőmérséklet (C)


1

40 30 20 0

mért hőmérséklet2 mért hőmérséklet3

σs = 10.815 5


M2

10

idő (s)

15

20


26

7. Levonható következések Az eredmények kiértékelése egyértelművé tette, hogy néhány hőtechnikai paraméter értékét még többszöri futtatás elvégzésével tovább finomítani. Pl.? egy ilyen hőtechnikai paraméter a LED és a felső rézlap között lévő ragasztó réteg hőellenálása. Ezen paraméter értékének pontosabb „bejátszása” további futtatásokat igényelnek. Továbbá a futtatási eredmények ismeretében az is áttekinthető, hogy a számítási modell kialakítása során tett elhanyagolások, illetve az alkalmazott peremfeltételek mennyire felelnek meg a valóságos körülményeknek. Ezek vizsgálatok elvégzését a közeli jövőben tervezzük.

27

8. Irodalomjegyzék [1] Glaab, J.: Developement of UV LED Modules for production technology and water purification, Ms.C. Thesis, University of Applied Science, (Tutor: Prof. Ralf Hellmann), Ashaffenburg, (2010) [2] Varga, Z.: Numerical Simulation of Heat Transfer Procedure in High Power LED Modules, Bs.C. Thesis, University of Miskolc & University of Applied Science, (Tutors: Prof. Ralf Hellmann, A. Prof. László Kalmár), Miskolc, (2010).

28

Nagyteljesítményű 3x3 UV LED modul numerikus vizsgálata az M2 számítási modell alkalmazásával

Recommend Documents