TỐI ƯU HÓA TOPOLOGY BỘ TẢN NHIỆT ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN CHO MÔ-ĐUN LED ĐA NGUỒN
DOI:
https://doi.org/10.62985/j.huit_ojs.vol26.no1E.374Từ khóa:
Đối lưu tự nhiên, mô-đun LED đa nguồn, TO, phương pháp trường mật độ, MMA.Tóm tắt
Bài báo trình bày phương pháp tối ưu hóa topology (Topology Optimization - TO) cho bộ tản nhiệt đối lưu tự nhiên sử dụng trong các mô-đun LED đa nguồn. Phương pháp trường mật độ kết hợp với phương pháp tiệm cận di động (Method of Moving Asymptotes - MMA) được sử dụng nhằm phân bố vật liệu tối ưu trong miền thiết kế dạng vành khăn. Ba nguồn nhiệt LED, được bố trí trong lõi rắn không tối ưu hóa. Quá trình truyền nhiệt được mô hình hóa bằng dẫn nhiệt trạng thái ổn định trong vật rắn với điều kiện biên đối lưu tự nhiên. Mô phỏng số được thực hiện trên phần mềm COMSOL Multiphysics. Kết quả cho thấy cấu trúc cánh dạng nhánh phi truyền thống, hình thành các đường dẫn nhiệt hiệu quả từ các nguồn LED ra môi trường, khẳng định tiềm năng của TO trong thiết kế các hệ thống làm mát thụ động hiệu suất cao cho mô-đun LED đa nguồn.
Tài liệu tham khảo
[1] P. Morgan Pattison, M. Hansen, and J. Y. Tsao, “LED lighting efficacy: Status and directions,” Comptes Rendus Phys., vol. 19, no. 3, pp. 134–145, Dec. 2017, https://doi.org/ 10.1016/j.crhy.2017.10.013.
[2] S. Basavarajappa, G. Manavendra, and S. B. Prakash, “A review on performance study of finned tube heat exchanger,” J. Phys. Conf. Ser., vol. 1473, no. 1, p. 012030, Feb. 2020, https://doi.org/ 10.1088/1742-6596/1473/1/012030.
[3] R. Wang and J. Li, “A Cooling System with a Fan for Thermal Management of High-Power LEDs,” J. Mod. Phys., vol. 01, no. 03, pp. 196–199, 2010, https://doi.org/10.4236/jmp.2010.13029.
[4] M. P. Bendsøe and O. Sigmund, Topology Optimization. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2004. https://doi.org/10.1007/978-3-662-05086-6.
[5] J. Wu, O. Sigmund, and J. P. Groen, “Topology optimization of multi-scale structures: a review,” Struct. Multidiscip. Optim., vol. 63, no. 3, pp. 1455–1480, Mar. 2021, https://doi.org/10.1007/s00158-021-02881-8.
[6] M. P. Bendsøe and N. Kikuchi, “Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method,” Comput. Methods Appl. Mech. Eng., vol. 71, no. 2, pp. 197–224, Nov. 1988, https://doi.org/10.1016/0045-7825(88)90086-2.
[7] A. Evgrafov, “The Limits of Porous Materials in the Topology Optimization of Stokes Flows,” Appl. Math. Optim., vol. 52, no. 3, pp. 263–277, Oct. 2005, https://doi.org/10.1007/s00245-005-0828-z.
[8] L. C. Høghøj, D. R. Nørhave, J. Alexandersen, O. Sigmund, and C. S. Andreasen, “Topology optimization of two fluid heat exchangers,” Int. J. Heat Mass Transf., vol. 163, p. 120543, Dec. 2020, https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120543.
[9] F. Hou, D. Yang, and G. Zhang, “Thermal analysis of LED lighting system with different fin heat sinks,” J. Semicond., vol. 32, no. 1, p. 014006, Jan. 2011, https://doi.org/10.1088/1674-4926/32/1/014006.
[10] T. L. Bergman, A. S. Lavine, and F. P. Incropera, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 7th ed. Somerset: Wiley, 2011.
[11] B. S. Lazarov and O. Sigmund, “Filters in topology optimization based on Helmholtz‐type differential equations,” Int. J. Numer. Methods Eng., vol. 86, no. 6, pp. 765–781, May 2011, https://doi.org/10.1002/nme.3072.
[12] F. Wang, B. S. Lazarov, and O. Sigmund, “On projection methods, convergence and robust formulations in topology optimization,” Struct. Multidiscip. Optim., vol. 43, no. 6, pp. 767–784, Jun. 2011, https://doi.org/10.1007/s00158-010-0602-y.
[13] J. Asmussen, J. Alexandersen, O. Sigmund, and C. S. Andreasen, “A ‘poor man’s’ approach to topology optimization of natural convection problems,” Struct. Multidiscip. Optim., vol. 59, no. 4, pp. 1105–1124, Apr. 2019, https://doi.org/10.1007/s00158-019-02215-9.
[14] K. Svanberg, “The method of moving asymptotes—a new method for structural optimization,” Int. J. Numer. Methods Eng., vol. 24, no. 2, pp. 359–373, Feb. 1987, https://doi.org/10.1002/nme.1620240207.
[15] COMSOL AB, “Introduction to the Optimization Module,” COMSOL AB, Stockholm, Sweden, 2024. [Online]. Available: https://www.comsol.com/documentation
