Hướng dẫn sử dụng thiết bị - Nghiên cứu ảnh hưởng- 123docz.net

3.2.1 Cài ñặc phần mềm hiển thị

Ta cần cài ñặt phần mềm CardTMC vào máy tính. Phần mềm này sẽ hỗ trợ chúng ta trong quá trình thí nghiệm. Với phần mềm này ta có thểñiều chỉnh công suất của mạch gia nhiệt, nhiệt ñộ môi trường … cũng như hiển thị nhiệt ñộ và áp suất ño ñược trong quá trình làm thí nghiệm.

3.2.2 Kết nối các thiết bị trong bộño

Nối nguồn với mạch gia nhiệt: Cực dương (+V) của nguồn nối với ñầu dương của mạch

gia nhiệt, ñầu âm mạch gia nhiệt nối với dây trắng-xanh của Transitor. Dây trắng của Transitor nối với chân 8 của mạch gia nhiệt, dây xám của Transitor nối với chân 1 của mạch gia nhiệt. Dây vàng-nâu nối với ñầu COM của nguồn.

Hình 3.7 : Sơñồñấu dây của các thiết bị

Nối nguồn với mạch ño nhiệt ñộ áp suất, nhiệt ñộ:

•Nối chân 2 của mạch áp suất, nhiệt ñộ nối với ñầu dương (+V) của nguồn.

•Nối chân 30 của mạch áp suất, nhiệt ñộ nối với ñầu COM của nguồn.

•Tiến hành nối các cảm biến nhiệt ñộ, áp suất theo hướng dẫn các ñầu chân như ñã giới thiệu ở trên.

Nối các cổng USB của mạch gia nhiệt và mạch ño áp suất, nhiệt ñộ vào máy tính ñể

3.2.3 Thí nghiệm, khảo sát

Hình 3.8 : Quá trình thí nghiệm cho bộ tản nhiệt ñèn LED

Quá trình thí nghiệm: Ta sử dụng 8 ñầu cảm biến nhiệt ñộñể xác ñịnh nhiệt ñộ ñế của

ñèn LED và cánh bộ tản nhiệt. 4 ñầu cảm biến nhiệt ñộñược gắn vào tấm ñế của ñèn LED, 4

ñầu ta gắn vào cánh bộ tản nhiệt. Bên cạnh ñó ta sử dụng thiết bịño nhiệt ñộ môi trường bên ngoài ñể lấy số liệu mô phỏng sau này. Tiếp theo mở phần mềm CardTMC, cấp nguồn cho

ñèn LED, quan sát sự biến ñổi nhiệt ñộ trên phần mềm CardTMC ñợi ñến khi nhiệt ñộ tại các

ñiểm ổn ñịnh (ít giao ñộng). ðọc và lưu kết quả lại ñể so sánh với các kết quả trong quá trình mô phỏng mà ñiều kiện của các mô phỏng này phải trùng khớp với quá trình thí nghiệm (Nhiệt

ñộ bề mặt ñáy, nhiệt ñộ môi trường)

Có thể hiển thị kết quả lên Excel ñể lập ñồ thị thuận tiện cho việc khảo sát, so sánh, ñánh giá kết quả.

3.3 3.3.1 kích thước Φ70 mm phù h 3.9 : với cánh thẳng có xẻ rãnh ở gi phù hợp với ñèn LED. 3.9 : Bộ tản nhiệt có xẻ một rảnh ở giữa cho cụm ñ giữa trên mặt tròn với m ñèn led

Trên hình 3.9 thể hiện các kích th nhiệt, khối lượng riêng…c

Multiphysics, các tính chất c

Mô hình ñược thiết kế

mềm COMSOL Multiphysics

COMSOL Multiphysics ñể mô ph

3.10 : M

3.3.2

ðiều kiện thí nghiệm và mô ph

Nhiệt ñộ

Lượng nhiệt truyền từ ñ

quanh xem là 0.1 m/s. Các thông s comsol. ðối với mô phỏng v

n các kích thước của bộ tản nhiệt, còn các thông s ng riêng…của tản nhiệt ñược lấy từ thư việ

t của không khí cũng ñược lấy từ thư viện COMSOL Multiphysics

dưới sự hỗ trợ của phần mềm Inventor. Sau

COMSOL Multiphysics. Dưới ñây là hình sau khi vẽ và ñược

mô phỏng.

mport vào phần mềm COMSOL

m và mô phỏng

ộ môi trường (0C) 30.5

ộñáy bộ tản nhiệt (0C) 50.4

ñèn qua bộ tản nhiệt là không ñổi, vận tốc gió môi tr quanh xem là 0.1 m/s. Các thông số của kim loại và không khí ñã có sẵn trong th

ng với các ñiều kiện giống với thực tế.

t, còn các thông số như hệ số dẫn

ệu của COMSOL

COMSOL Multiphysics.

m Inventor. Sau ñó import vào phần c ñưa vào phần mềm

m COMSOL Multiphysics

c gió môi trường xung n trong thư viện vật liệu

3.4 Kết quả

3.4.1 Bộ tản nhiệt có xẻ một rảnh ở giữa cho ñèn LED– vật liệu : Nhôm

Quá trình mô phỏng và thí nghiệm sử dụng các ñiều kiện chung về nhiệt ñộ không khí, nhiệt ñộ ñáy bộ tản nhiệt , vận tốc gió ( quá trình ñối lưu tự nhiên ).

Sau khi mô phỏng ta có kết quả như sau :

Hình 3.11 : Hình ảnh về phân bố nhiệt sau khi mô phỏng bằng phần mềm COMSOL Multiphysics – Vật liệu :Nhôm

3.13 :

3.12 : Trường nhiệt ñộ phân bốở cánh bên trái

3.13 : Trường nhiệt ñộ phân bốở cánh bên ph

cánh bên trái

Từ mô phỏng và thực nghiệm ta có bảng số liệu sau:

Thí nghiệm (0C) 45.6 49.3 48.9 46.7 Mô phỏng (0C) 45 48.5 49 45.5 Chiều dài (mm) 10 30 40 60

Bảng 3.1: Kết quả nhiệt ñộ theo chiều dài kích thước cánh giữa thí nghiệm và mô phỏng

Từ bảng số liệu ta có biểu ñồ so sánh như sau:

Hình 3.14: Biểu ñồ so sánh các kết quả giữa mô phỏng và thí nghiệm với vật liệu là Nhôm

(Al)

Từ thông số nhiệt ñộ của thí nghiệm và mô phỏng ta có sai số lớn nhất của của mô hình là 2.56 %. Kết quả cho ta thấy sự sai lệch nhiệt ñộ giữa mô phỏng và thực nghiệm khá nhỏ.

Biểu ñồ so sánh 44 46 48 50 5 25 45 65 Chiều dài (mm) N h i ệ t ñ ộ ( 0 C) thí nghiệm mô phỏng

3.4.2 Bộ tản nhiệt có xẻ một rảnh ở giữa cho ñèn LED– vật liệu : ðồng

Sau khi mô phỏng ta có kết quả như sau :

Hình 3.15 : Hình ảnh về phân bố nhiệt sau khi mô phỏng bằng phần mềm COMSOL Multiphysics – Vật liệu :ðồng

Hình 3.16 : Trường nhiệt ñộ phân bốở cánh bên trái

Từ mô phỏng ta có bảng số liệu sau:

Bảng 3.2: Kết quả nhiệt ñộ theo chiều dài kích thước cánh mô hình mô phỏng

Biểu ñồ kết quả mô phỏng :

Hình 3.18 : Biểu ñồ sự phân bố nhiệt ñộ trên các vị trí cánh mô hình mô phỏng với vật liệu là ðồng (Cu) Mô phỏng (0C) 47 49.5 49.5 48 Chiều dài (mm) 10 30 40 60 Biểu ñồ 46 47 48 49 50 5 25 45 65 Chiều dài (mm) N h i ệ t ñ ộ ( 0 C) Mô phỏng

3.4.3 Bộ tản nhiệt có xẻ một rảnh ở giữa cho ñèn LED– vật liệu : Silicon

Sau khi mô phỏng ta có kết quả như sau:

Hình 3.19 : Hình ảnh về phân bố nhiệt sau khi mô phỏng bằng phần mềm COMSOL Multiphysics – Vật liệu :Silicon

Hình 3.20 : Trường nhiệt ñộ phân bốở cánh bên trái

Từ mô phỏng ta có bảng số liệu sau:

Mô phỏng (0C) 44 47 48 44.5 Chiều dài (mm) 10 30 40 60

Bảng 3.2: Kết quả nhiệt ñộ theo chiều dài kích thước cánh mô hình mô phỏng

Biểu ñồ kết quả mô phỏng :

Hình 3.22 : Biểu ñồ sự phân bố nhiệt ñộ trên các vị trí cánh mô hình mô phỏng với vật liệu

là Silicon Biểu ñồ 42 44 46 48 50 5 25 45 65 Chiều dài (mm) N h i ệ t ñ ộ ( 0 C) Mô phỏng

3.4.4 So sánh và nhận xét

Sau khi mô hình nghiên cứu ñược mô phỏng với 3 loại vật liệu khác nhau, ta tiến hành lập một biểu ñồ so sánh các kết quả mô phỏng – ñó là sự phân bố nhiệt ñộ khác nhau tại các vị trí của cách bộ tản nhiệt cũng như là khả năng truyền nhiệt của các loại vật liệu.

Ta có ñược biểu ñồ sau :

Hình 3.23 : Biểu ñồ so sánh các kết quả mô phỏng của 3 loại vật liệu

Các kết quả mô phỏng cho ta thấy rằng tính chất của vật liệu có ảnh hưởng rất lớn ñến khả năng tản nhiệt của bộ tản nhiệt cho ñèn LED. Ở ñây, ñồng là kim loại có hệ số dẫn nhiệt cao nhất nên khả năng truyền nhiệt ñến các cánh là tốt nhất, nhiệt ñộ tại mỗi vị trí của cánh cao hơn so với các vật liệu còn lại.Vì vậy sử dụng ñồng làm vật liệu của bộ tản nhiệt là tốt nhất nếu chỉ xét ñến hiệu quả tản nhiệt.

Tuy nhiên, ñây còn là bài toán kinh tế kỹ thuật, vì vậy nó còn cần xét ñến các yếu tố về tính

kinh tế, ñôi khi còn là yêu cầu về thẩm mỹ và chất liệu. Do ñó, trong thực tế, thì vật liệu thường ñược lựa chọn chế tạo là nhôm.

Biểu ñồ so sánh mô phỏng 43 46 49 52 5 25 45 65 Chiều dài (mm) N h i ệ t ñ ộ ( 0 C) Nhôm ðồng Silicon

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận

Thông qua việc nghiên cứu, dựa trên các phương pháp mô phỏng và thực nghiệm, có thể khẳng ñịnh rằng việc nghiên cứu tản nhiệt cho các linh kiện ñiện tử nói chung và cho ñèn LED nói riêng là một yêu cầu quan trọng trong việc tối ưu hóa sản phẩm của các nhà sản xuất.

ðề tài này hứa hẹn mở ra một hướng nghiên cứu mới cho các bạn sinh viên ngành nhiệt, có thểứng dụng rộng rãi vào thực tiễn cho các nhà sản xuất và tạo cơ sởñể các bạn có thể tiếp tục nghiên cứu cao hơn sau ñại học

ðược sự hướng dẫn tận tình của thầy ðặng Thành Trung, cùng với sự góp ý anh chị khóa trước ñang là nghiên cứu sinh ở nước ngoài và sự nổ lực của nhóm. Chúng em ñã hoàn thành báo cáo và ñạt ñược yêu cầu cũng như nhiệm vụ ñã ñề ra là : Nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu truyền nhiệt ñến hiệu quả giải nhiệt cho ñèn LED.

Bên cạnh ñó T.S ðặng Thành Trung ñã cùng với nhóm nghiên cứu xuất bản hai cuốn sách: Mô phỏng số bằng COMSOL multiphysic và ứng dụng COMSOL multiphysic trong truyền nhiệt và lưu chất (Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật).

Chúng em rất mong ñược sựñóng góp ý kiến của quý Thầy Cô và tất cả các bạn ñể bài báo cáo này ñược hoàn thiện hơn.

4.2 Kiến nghị

Các nghiên cứu nhằm mục ñích giải nhiệt cho ñèn LED ñược xem là một trong những hướng nghiên cứu mới mẻ và là lĩnh vực này ñang ñược thế giới quan tâm nhiều. Mặc dù ñã

ñược sở khoa học công nghệ thành phố Hồ Chí Minh ñầu tư kinh phí cho bộ ño áp suất và nhiệt ñộ. Nhưng nếu phát triển và nghiên cứu mạnh mẽ hơn về lĩnh vực này thì nhóm nghiên cứu cần những ñầu tư và sự quan tâm lớn hơn từ phía các ñơn vị tổ chức.

Tài liệu tham khảo

[1] Yueguang Deng and Jing Liu, A liquid metal cooling system for the thermal management of high power LEDs, International Communications in Heat and Mass Transfer 37 (2010) 788–791.

[2] Zirong Lin, Shuangfeng Wang, Jiepeng Huo, Yanxin Hu, Jinjian Chen, Winston Zhang, and Eton Lee, Heat transfer characteristics and LED heat sink application of aluminum plate oscillating heat pipes, Applied Thermal Engineering 31 (2011) 2221-2229 .

[3] Hui Huang Cheng, De-Shau Huang, and Ming-Tzer Lin, Heat dissipation design and analysis of high power LED array using the finite element method, Microelectronics Reliability (2011).

[4] Ts. ðặng Thành Trung, Gvc.Ths Lê Kim Dưỡng, Võ Hoàng Trung, Phạm Thế Nhiều, Phạm ðức Thịnh, Lạc Thái Vinh, Nguyễn Xuân Bách, Hình Trinh Thắng sách Mô Phỏng Số Học Bằng COMSOL Multiphysics , NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, 2012.

[5] Ts. ðặng Thành Trung, Gvc.Ths Lê Kim Dưỡng, Nguyễn Nhật Linh, Nguyễn Tấn Sa, Vũ

Quốc ðạt, Hà Văn Chung, Nguyễn Văn Manh, Trần ðÌnh Vũ sách COMSOL Multiphysics Ứng Dụng Trong Truyền Nhiệt Và Lưu Chất, , NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, 2012.