Tiếp theo khảo sát sự phụ thuộc nhiệt độ vào kích thƣớc ống dẫn (đƣờng kính), tiến hành khảo sát với các đƣờng kính khác nhau. Kết quả phân bố nhiệt đƣợc thể hiện trong hình 3.25, tại d = 5 mm giá trị Tmax = 62.1 0C, trong khi đó tại d = 10 mm giá trị Tmax giảm một cách đáng kể, chỉ còn 44 0C.
Hình 3.25: Phân bố nhiệt của hệ thống đèn COB LED với d = 5 mm và d = 10 mm.
Kết quả khảo sát trong hình 3.26 chỉ ra rằng: khi 5 < d < 10 mm nhiệt độ giảm một cách rõ rệt, tản nhiệt lúc này phụ thuộc mạnh vào đƣờng kính ống dẫn, nhƣng khi d > 10 mm thì sự phụ thuộc không còn nhiều nhƣ trƣớc, nhiệt độ trong đèn thay đổi rất ít, giá trị Tmax tại d = 10 mm và d = 15 mm chênh lệch nhau rất ít (hơn 1 0C). Nghĩa là khi đƣờng kính ống dẫn quá lớn thì hiệu quả tản nhiệt là nhƣ nhau, do đó để phù hợp cho thiết kế và chế tạo thì đƣờng kính ống dẫn d = 10 mm đƣợc xem là tối ƣu.
Hình 3.26: Nhiệt độ Tmax phụ thuộc v o đƣờng kính khác nhau 3.2.4. Khảo sát sự phụ thuộc vào công suất đèn LED.
Hình 3.27: Nhiệt độ Tmax phụ thuộc vào công suất đèn LED.
Theo nhƣ kết quả đã khảo sát ở 3.16, nhiệt độ phụ thuộc tuyến tính vào công suất của đèn LED. Trong trƣờng hợp này chúng tôi cố định giá trị vận tốc dòng chảy v = 1.2 m/s và đƣờng kính ống dẫn d = 10 mm, tiến hành khảo sát nhiệt độ giữa các đèn trong trƣờng hợp các công suất khác nhau, khi công suất P < 1000 W thì chênh lệch nhiệt độ giữa 3 đèn rất ít, nhƣng khi công suất
hơn. Kết quả thể hiện trong hình 3.27, theo đó:
- Với đèn 600W, 1000W: Sau mỗi đèn thì nhiệt độ tăng 1 0C - Với đèn 1500W: Sau mỗi đèn thì nhiệt độ tăng 2 0C
KẾT LUẬN
Trong đề tài này, chúng tôi đã nghiên cứu mô phỏng hiện tƣợng truyền nhiệt và tối ƣu hóa cấu trúc và vật liệu cho đèn LED dùng để đánh bắt cá bằng phƣơng pháp mô phỏng phần tử hữu hạn. Tiến hành khảo sát sự phụ thuộc của nhiệt độ vào vận tốc dòng chảy trong ống, phụ thuộc vào kích thƣớc ống dẫn, phụ thuộc vật liệu và bề mặt của heatsink, phụ thuộc vào TIM, vào LED và thấu kính đối với hệ thống một đèn LED và hệ thống gồm ba đèn LED ghép lại với nhau.
i. Hệ thống một đèn LED
- Ống dẫn nƣớc: Kết quả khảo sát sự phụ thuộc nhiệt độ vào vận tốc dòng chảy (v) chỉ ra rằng khi 0.4 < v < 1.2 m/s thì hiệu quả tản nhiệt phụ thuộc mạnh vào vận tốc, nhƣng khi v > 1.2 m/s hiệu quả tản nhiệt lúc này ít phụ thuộc vào vận tốc. Khi P >300 W thì hiệu quả tản nhiệt phụ thuộc mạnh vào vận tốc, khi P < 300 W thì nhiệt độ giảm không đáng kể nên hiệu quả tản nhiệt thấp. Kết quả khảo sát đƣờng kính ống dẫn (d) chỉ ra: khi d < 10 mm thì hiệu quả tản nhiệt cao, nhiệt độ giảm nhanh nhƣng khi d > 10 mm thì hiệu quả tản nhiệt tối ƣu. Khảo sát cũng chỉ ra khi v < 1.2 m/s thì sự phụ thuộc của nhiệt độ vào đƣờng kính mạnh hơn so với khi v > 1.2 m/s.
- Heatsink: Kết quả khảo sát đối với heatsink chỉ ra rằng: khi độ dẫn nhiệt của vật liệu làm heatsink k < 167 W/mK thì hiệu quả tản nhiệt tăng khi k tăng, khi
k > 167 W/mK thì hiệu quả tản nhiệt tăng ít và khảo sát cũng chỉ ra hiệu quả tản nhiệt thì không phụ thuộc vào bề mặt của vật liệu làm heatsink.
- TIM: Kết quả khảo sát nhiệt độ phụ thuộc vào TIM khi độ dẫn nhiệt của TIM k < 1.5 W/mK thì hiệu quả tản nhiệt tăng khi k tăng, khi k > 1.5 W/mK thì hiệu quả tản nhiệt không thay đổi nhiều.
=> Qua các kết quả khảo sát đối với hệ thống một đèn LED thì cấu trúc tối ƣu cho thiết kế và chế tạo đƣợc chọn với vật liệu làm heatsink là nhôm Al6061, vận tốc dòng là v = 1.2 m/s, đƣờng kính ống dẫn là d = 10 mm, vật liệu làm TIM có k = 1.5 W/mK.
ii. Hệ thống nhiều đèn LED.
- Ống dẫn nƣớc: Kết quả khảo sát vận tốc dòng chảy và đƣờng kính ống dẫn chỉ ra: khi 0.5 < v < 1.2 m/s thì hiệu quả tản nhiệt tăng mạnh khi vận tốc dòng chảy tăng, khi v > 1.2 m/s thì hiệu quả tản nhiệt giảm. Đối với kích thƣớc ống dẫn, hiệu quả tản nhiệt cao khi 5 < d <10 mm, khi d > 10 mm hiệu quả tản nhiệt phụ thuộc rất ít vào đƣờng kính ống.
- Mắc nối tiếp đèn LED: Kết quả khảo sát công suất chỉ ra rằng khi P < 1000 W thì nhiệt độ chênh lệch giữa các đèn là 1 0C, khi P > 1000 W chênh lệch nhiệt độ giữa các đèn là 3 0C. Kết quả khảo sát cũng chỉ ra rằng khi mắc nối tiếp hệ thống ba đèn LED thì nhiệt độ các đèn sau tăng lên mạnh so với các đèn trƣớc. Do đó khi thiết kế cần chú ý đến số lƣợng các đèn trong hệ thống và nên thiết kế hệ thống ống dẫn nƣớc song song để tránh hiện tƣợng tăng nhiệt độ giữa các đèn. Với cấu trúc này thì chỉ dùng cho LED có P< 300W, không nên dùng cho LED 500W, nhƣng có thể ghép 3 LED 300W trên cùng một heatsink.
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Ming Hui Lai, Chinghua Hung (2009), “Study on improvement of CRI using RGB LED lights for underwater environments”, Department of Mechanical Engineering, National Chiao Tung University.
[2] RichardKotschenreuther (2018), “White LEDs for lighting applications”,
Materials, Technologies, and Applications Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials , p.531-552
[3] Aili Wanga , Catherine H. Dadmunb , Rachel M. Handc , Sean F. O'Keefea , J'’Nai B. Phillipsa , Kemia A. Andersa , Susan E. Duncana (2018), “Efficacy of light-protective additive packaging in protecting milk freshness in a retail dairy case with LED lighting at different light intensities”, Food Research International, Volume 114, Pages 1-9.
[4] HouFengze, Yang Daoguo, Zhang Guoqi (2011), “Thermal analysis of LED lighting system with different fin heat sinks”, Journal of Semiconductors, Vol. 32, No. 1.
[5] Min Seok Ha, Samuel Graham (2012), “Development of a thermal resistance model for chip-on-board packaging of high power LED arrays”, Microelectronics Reliability, 52, p.836–844.
[6] Mehmet Arik, Charles A. Becker, Stanton E. Weaver, and James Petroski (2004), "Thermal management of LEDs: package to system", Third International Conference on Solid State Lighting, Proc. SPIE Volume 5187.
[7] H.Liem, H.S.Choy (2013), “Superior thermal conductivity of polymer nanocomposites by using graphene and boron nitride as fillers”, Solid
[8] Kai Zhang , David G. W. Xiao ; Xiaohua Zhang ; Haibo Fan ; Zhaoli Gao ; Matthew M. F. Yuen (2011), “Thermal performance of LED packages for solid state lighting with novel cooling solutions”, IEEE. [9] Javier Leon ; Xavier Perpina ; Jordi Sacristan ; Miquel Vellvehi ; Antonio
Baldi ; Xavier Jordàa (2015), “Functional and Consumption Analysis of Integrated Circuits Supplied by Inductive Power Transfer by Powering Modulation and Lock-In Infrared Imaging”, IEEE, Browse Journals & Magazines, volume 62, pp 25.
[10] Vinay Pal (2014), “Modeling and thermal analysis of heat sink with scales on fins cooLED by natural convection”, IJRET, Volume: 03 Issue: 06.
[11] Chi-Chang Hsieh et al (2015), “The Study for Saving Energy and Optimization of LED Street Light Heat Sink Design”, Advances in Materials Science and Engineering Volume, Article ID 418214.
[12] Bum-Sik Seo et al (2017), “Development and Characterization of Optimum Heat Sink for 30 W Chip on Board LED Down-Light”, Transactions on electrical and electronic materials vol. 13, no. 6, p. 292- 296.
[13] Henrik, Sorensen (2012), “Water Cooling of High Power Light Emitting Diode”, Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical in Electronic Systems, p. 968 – 974.
[14] Nguyễn Đức Tùng, Nguyễn Đắc Hùng, Kim Tuấn Anh, Nguyễn Hồng Thu, Nguyễn Ngọc Anh, Nguyễn Duy Hùng, Nguyễn Đức Trung Kiên, Phạm Thành Huy, Đào Xuân Việt (2017), “Nghiên cứu mô phỏng hiện
tượng truyền nhiệt trong bóng đèn led dây tóc”, Hội nghị về Vật liệu và Công nghệ Nano Tiên tiến-WANN2017.
[15] Bui Hung Thang, Phan Ngoc Hong, Phan Hong Khoi, Phan Ngoc Minh (2008), “Application of multi-walLED carbon nanotubes for thermal dissipation in a micro-processor”, Proceeding of the APCTP-ASEAN Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology, NhaTrang-Vietnam, tr. 506-511.
[16] PGS.TS Đặng Mậu Chiến (2010), “Nghiên cứu chế tạo điốt phát sáng (LED) dùng trong công nghiệp chiếu sáng”, Bộ Khoa Học và công nghệ, Đại học quốc gia TP. Hồ chí minh, phòng thí nghiệm công nghệ nano. [17] Michael R. Krames, Member, IEEE, Oleg B. Shchekin, Regina Mueller-
Mach, Gerd O. Mueller, Ling Zhou, Gerard Harbers, and M. George Craford (2007), “Status and Future of High-Power Light-Emitting Diodes for Solid-State Lighting”, Journal of Display Technology, Vol. 3, No. 2,
[18] Min Seok Ha, Samuel Graham (2012), “Development of a thermal resistance model for chip-on-board packaging of high power LED arrays”, Microelectronics Reliability, 52, pp. 836–844.
[19] Tetsushi Tamura, Tatsumi Setomoto, Tsunemasa Taguchi (2000), “Illumination characteristics of lighting array using 10 candela-class white LEDs under AC 100V operation”, J. Lumin. 87-89, pp. 1180– 1182.
[20] N. Narendran, Y. Gu, J.P. Freyssinier, H. Yu, L. Deng (2004), “Solid- state lighting: failure analysis of white LEDs”, J. Cryst. Growth 268, pp. 449–456.
[21] M. Arik, C. Becker, S. Weaver and J. Petroski (2004), “Thermal management of LEDs: package to system”, Proc. SPIE 5187, pp. 64–75.
[22] N. Narendran, J. Bullough, N. Maliyagoda and A. Bierman (2001), “What is useful life for white light LEDs”, J. Illum. Eng. Soc. 30, pp. 57–66.
[23] Công ty cổ phần bóng đèn phích nƣớc Rạng Đông, 87-89, Hạ Đình, Thanh Xuân, Hà Nội
[24] A. Rammohan and C. Kumar Ramesh (2016), “A Review on Effect of Thermal Factors on Performance of High Power Light Emitting Diode (HPLED)”, Journal of Engineering Science and Technology Review, pp. 165 – 176.
[25] External Thermal Resistance - Interface Materials and Heat Sinks: LED Fundamentals, Osram Opto Semiconductors
[26] Lei Liu, G.Q. Zhang, Daoguo Yang, Kailin Pan, Hong Zhong, Fengze Hou (2010), “Thermal Analysis and Comparison of Heat Dissipation Methods on High-Power LEDs”, IEEE.
[27] Xin-Jie Zhao, Yi-Xi Cai, Jing Wang , Xiao-Hua Li , Chun Zhang (2014),
“Thermal model design and analysis of the high-power LED automotive headlight cooling device”, Applied Thermal Engineering xxx 1 -11 -0, Elsevier.
[28] Lan Kim, Jong Hwa Choi, Sun Ho Jang, Moo Whan Shin (2007),
“Thermal analysis of LED array system with heat pipe”, ThermochimicaActa 455, pp. 21 –25.
[29] Sangmesh, Gopalakrishna Keshava Narayana, Manjunath Shiraganhalli Honnaiah, Krishna Venkatesh and Keertishekar Mysore Siddalingappa (2017), “
power light emitting diode”, International Journal of Automotive and Mechanical Engineering ISSN: 2229-8649 (Print); ISSN: 2180-1606 (Online);Volume 14, Issue 4 pp. 4846-4862.
[30] Henrik, Sorensen (2012), “Water Cooling of High Power Light Emitting Diode”, Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical in Electronic Systems, p. 968 – 974.
[31] Nam Nguyen, Van-Quyen Dinh, Tung Nguyen-Duc, Quoc-Tuan Ta, Xuan-Viet Dao, Thanh-Huy Pham, Trung-Kien Nguyen-Duc (2018),
“Effect of potting materials on LED bulb's driver temperature”, Microelectronics Reliability 86, p.77–81.
[32] Danil Starosek, Artem Khomyakov, Kirill Afonin, Yuliya Ryapolova and Vasiliy Tuev (2016), “Dependence on Gas of the Thermal Regime and the Luminous Flux of LED Filament Lamp”, AIP Conference Proceedings, 1772, 060008.
[33] Nguyễn Đức Tùng (2018), “Nghiên cứu mô phỏng và tối ưu hóa vấn đề tản nhiệt cho đèn đánh cá”, Luận văn thạc sĩ khoa học vật lý kĩ thuật, Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội, Việt Nam.
[34] İbrahim Dinçer and Calin Zamfirescu (2016), “Drying Phenomena: Theory and Applications, First Edition”, John Wiley & Sons, Ltd. Published, Appendix B: Thermophysical Properties of Water.
[35] Z. Li, Y. Tang, X. Ding, and C. Li, , D. Yuan, Y. Lu (2014), “Reconstruction and thermal performance analysis of die-bonding filling states for high-power light-emitting diode device”. Applied Thermal Engineering., 65, pp. 236 .