Để đánh giá hiệu quả tản nhiệt của đèn cần khảo sát sự phụ thuộc của nhiệt độ trong LED vào các bộ phận của đèn LED. Đầu tiên, chúng tôi sẽ khảo sát sự phụ thuộc của hiệu quả tản nhiệt vào vận tốc dòng chảy trong ống khi giữ nguyên kích thƣớc của ống với đƣờng kính d=10 mm, giá trị công suất của đèn đƣợc chọn là 300W. Vấn đề cần quan tâm là vận tốc dòng chảy trong ống ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến nhiệt độ và chọn giá trị vận tốc nhƣ thế nào là phù hợp.
Hình 3.1: Phân bố nhiệt của đèn LED v môi trƣờng xung quanh tại d=10 mm công suất P = 300 W và vận tốc v = 0.4 m/s (a), v = 1.2 m/s (b).
Hình 3.1 trình bày phân bố nhiệt của cả đèn LED và môi trƣờng xung quanh, nhiệt độ phân bố đều xung quanh heatsink và hai bên ống dẫn nƣớc, nhiệt
độ tập trung cao tại lớp chip LED và TIM, phần phía trên của heatsink chịu ảnh hƣởng nhiệt của đối lƣu nên có nhiệt độ cao hơn bên dƣới. Giá trị Tmax đo đƣợc bên trong LED tại v = 0.4 m/s là 42.6 0C và tại v = 1.2 m/s là 32.3 0C.
Hình 3.2: Phân bố nhiệt của một đèn LED tại d=10 mm, công suất P=300 W với vận tốc dòng chảy: a) v =0.4 m/s; b) v =1.2 m/s.
Theo phân bố nhiệt trên hình 3.2 ta thấy nhiệt thoát ra ngoài theo con đƣờng chính là qua heatsink và Tmax phụ thuộc mạnh vào vận tốc dòng chảy trong ống. Rõ ràng khi vận tốc dòng chảy tăng lên thì lƣu lƣợng nƣớc gửi qua tiết diện ống cũng tăng nên lƣợng nhiệt truyền đi sẽ nhanh hơn làm cho Tmax trong LED giảm một cách đáng kể, cụ thể giá trị của Tmax là 90.6 0C (v = 0.4 m/s), 84.7 0C (v =1.2 m/s). Hình 3.3 là đồ thị khảo sát sự phụ thuộc của Tmax vào vận tốc, các giá trị vận tốc khảo sát từ 0.4 m/s đến 2.0 m/s, khi vận tốc nhỏ hơn 1.2 m/s thì giá trị Tmax
giảm nhanh từ 90.6 0C xuống còn 84.7 0C. Nhƣng khi vận tốc lớn hơn 1.2 m/s thì
Hình 3.3: Đồ thị Tmax phụ thuộc vào vận tốc tại d=10 mm.
Tiếp theo, chúng tôi khảo sát tƣơng tự đối với các vận tốc dòng chảy khi cố định các kích thƣớc ống khác nhau, Tmax trong các trƣờng hợp đƣợc giảm một cách đáng kể. Các giá trị khảo sát đƣợc đều cho kết quả T-max giảm nhanh khi vận tốc tăng từ 0.4 m/s lên đến 1.2 m/s, nhƣng sự thay đổi nhiệt độ chậm lại khi vận tốc tăng dần lên đến 2 m/s. Qua đó cho thấy nhiệt độ phụ thuộc mạnh vào vận tốc dòng chảy nhỏ hơn 1.2 m/s và khi vận tốc lớn hơn 1.2 m/s thì sự tản nhiệt trong LED ít phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy kết quả đƣợc trình bày trong hình 3.4 .
Hình 3.4: Đồ thị sự phụ thuộc của Tmaxvào vận tốc với các kích thƣớc ống khác nhau.
công suất của LED, hình 3.5 khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ vào vận tốc khi thay đổi công suất, đƣờng kính ống đƣợc giữ cố định là d =10 mm. Nhiệt độ vẫn giảm nhanh khi vận tốc nhỏ hơn 1.2 m/s và giảm chậm lại khi tăng dần vận tốc dòng chảy. Nhƣng khi công suất P = 400 W thì nhiệt độ giảm mạnh từ 114.7 0C (tại v =0.4 m/s) xuống còn 98.5 0C (tại v =2.0m/s), trong khi đó tại công suất P =200 W và P = 300 W thì nhiệt độ giảm ít hơn ( khoảng hơn 8
0
C), từ 69.9 0C xuống 61.8 0C (tại P =200 W) và từ 90.6 0C xuống còn 82.5 0C (tại P=300 W). Qua đó cho thấy khi công suất nguồn càng cao thì sự phụ thuộc của nhiệt độ theo vận tốc càng nhiều.
Hình 3.5: Đồ thị phụ thuộc nhiệt độ vào vận tốc dòng chảy khi thay đổi công suất nguồn tại d= 10 mm.