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問題說明
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說明 此題主要目的是使同學們瞭解,工業應用。
在各位學習一學期的Comsol,固然無法全部理解,但這是一個開端,讓各位去思索如何將課程所學逐漸應用於工程或未來工作,對於業界需求的思索應該是個開端。 本檔案放置於 資源中心。
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工程解說 若廠商需求:設計散熱鰭片,以便使8W LED燈泡正常運作。 散熱器必須符合基本尺寸外觀。 外壁溫度必須在50C上下。
LED為複合式晶片,總計16片,每片為1mm x1 mm大小,厚度200e-6 mm,晶片間距如幾何尺寸所示。
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幾何尺寸 55 56 50.5 60 28 21.5 20.5 單位: mm 紅字表該尺寸重要不能改 3 A視圖 電線通道,直徑8.8
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幾何尺寸 60 56 50.5 A視圖 載板及晶片 30 34 17 鋁基板,厚1.6 mm 晶片,1mm x 1 mm
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幾何尺寸 2 3 晶片間距3mm,與外邊間距為2mm
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設計解說 散熱鰭片外形不拘,自由發揮(可google LED燈泡)。 散熱器總高度(上端到底端)55mm不可以變更。
上下大小端孔徑不可變更。 建模可以用1/2體積建模(利用對稱特性)。 散熱器材質為Al 6063-T83鋁合金。
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使用模組 使用comsol熱傳模組。 晶片熱源使用貼片方式。 晶片體積尺寸:邊長x邊長x厚度=1e-3x1e-3x0.2e-3 m^3。
熱源設定 q = 0.5*0.7/(1e-3*1e-3) 。 開啟高導熱設定,設晶片厚為0.2e-4 mm。
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使用材質 散熱器材質為鋁材質Al 6063-T83。 基板:
1.可先選用鋁基板材質Al 6063-T83後,再更改k值為2.5 w/m-K,或 2. 自行輸入陶瓷(Ceramic)材質,(熱傳導係數(k)20、密度()3900、比熱(cp)900) 晶片材質Al2O3。 開啟高導熱設定,設晶片厚為0.2e-4 mm。
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邊界設定 散熱器外熱對流傳導係數 h= 8。 基板上熱對流傳導係數 h = 2。 外部溫度:300˚C
對稱面,需選擇設定 symmetric/絕熱。
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實品 燈罩 接頭 散熱鰭片
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電線通道 LED 鋁基板
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頂端 底部 電路 底部
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建模工具 可以使用comsol Pro-E Auto CAD SolidWork….等你熟悉的繪圖軟體。
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貼片建立方法 建構散熱鰭片後。 建立1.6mm厚的基板使用鋁材質Al 6063-T83,但更改k值為2.5 W/m-K。
設定工作面,在工作面繪製晶片。 利用陣列工具複製x、y方向晶片,總計16片。 利用Embed工具將16片晶片貼到基板上。 可能需要調整位置,使晶片在基板表面。
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建立基板
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建立貼片方式 建立工作平面
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移動貼片至表面
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完成貼片
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熱源設定 設q值 設定高導表面
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散熱片設計案例
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Board=>Ceramic (熱傳導20、密度3900、比熱900)
散熱片設計模擬 Heat flux=6 Board=>Ceramic (熱傳導20、密度3900、比熱900) Tj=68.4°C Tmin=62.6°C 8W q_source=0.5*0.7/(1.43e-3*1.43e-3)
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