在我的青年时代，我花了很多时间参加体育练习和游戏。随着年龄的增长，我的练习和游戏时间安排在晚上和晚上。通常，我将在黑暗中踢足球比赛。但是，当我踏上田野时，它几乎和白天一样明亮……
Counting on LED Technology on and off the Field
与该领域接壤的灯光使我和我的团队能够继续我们的比赛深夜。
A well-lit soccer field at night. Photo by Jonathan Petersson onUnplash。
我的经历并不是独一无二的：几十年来，世界各地的运动队一直在晚上踢和练习。但是，近年来，您可能已经注意到，其中一些领域的照明比以前更好。这是为什么？
In an effort to be more sustainable, many sports organizations have opted to replace the conventional lighting systems in their stadiums with light-emitting diode (LED) technology. LED bulbs are not only more energy efficient than traditional incandescent bulbs but also a whole lot brighter. According to the美国环境保护局(EPA), the benefits of “green sports” include:
- 保存生物多样性
- 降低运营成本
- 为绿色产品和服务创建和扩展市场乐动体育app无法登录
- And more
One type of LED bulb commonly used to light various outdoor (and indoor) sports stadiums and courts is the LED corn bulb. Like an athlete fitting daily life and sports practices into one schedule, LED bulbs have to fit many functions into one system. With simulation, engineers can investigate and better understand the mechanisms behind LED technology. We’ll explore one example in today’s blog post.
多功能的LED灯泡
走进五金店，经过露台家具，烤架和室外动力设备的展示后，您可能会发现一部分LED玉米灯泡整齐地塞在一个专用于灯具的过道中。在这里，您会看到它们的尺寸，样式和成本范围。它们通常由一个或200个微型发光二极管组成，它们在金属或环氧结构上排列并固定。合适的是，LED玉米灯泡以它们相似的蔬菜命名：玉米棒。
An LED corn bulb. Image by Dmitry G — Own work. Licensed underCC BY-SA 3.0， 通过Wikimedia Commons。
LED玉米灯泡的独特形状可能吸引了消费者的眼睛，但正是他们的能源效率使它们成为高强度放电（HID）和白炽灯泡的流行替代品。与白炽灯泡相比，LED的能量预计将减少75％，其寿命最长长达25倍。（参考文献1）
为了增加它们的多功能性，这些灯泡的颜色温度从2700K到6000k。LED灯泡的色温代表其光的颜色。带有高开尔文（5500k – 6500k）的灯泡将是鲜艳的白色，而低尔文（2700–3000k）的灯泡将是温暖的白色。
由于LED玉米灯泡具有多种样式，因此它们适用于室外和室内应用，从车库和仓库到高速公路和体育场，都阐明了所有内容。
设计LED的挑战
尽管通常认为LED比传统灯泡更有效，但它们在将电力转化为光方面仍然没有100％的效率。他们的一些power comes out as heat。这种热量会被困在灯泡的脖子上，这会导致灯泡中的电子组件（例如芯片）随着时间的推移而降解。结果，有些人注意到LED持续了包装上承诺的一生的一小部分。所以，热管理设计LED灯泡是一个重要的考虑因素。
传热建模可用于优化LED灯泡设计的几何形状和材料，并估算灯泡内发生的最高温度。在这里，我们将探索LED玉米灯泡的热模型。
Modeling an LED Bulb in COMSOL Multiphysics®
LED灯泡冷却教程模型
LED灯泡冷却教程模型通过考虑到LED芯片的加热，从浮力驱动的气流和环境周围环境中的辐射来估计LED玉米灯泡的温度。此外，它还通过考虑能量传输和动量传输之间的耦合来计算LED灯泡内部和外部的非等热气流。
Model Overview
建模的灯泡由：
- Transparent acrylic plastic with 6 holes at the top
- 8个支撑18芯片的侧PCB
- A top PCB supporting 12 LED chips
- 钢基
这total power of the bulb is 5 watts.
在下面，您可以查看四分之一的LED灯泡几何形状的两个不同角度。请注意，由环氧树脂制成的LED芯片以橙色显示。由铝制成的PCB以棕色显示。
LED灯泡几何形状的前视图，突出了LED芯片在侧PCB上的位置（左）。视图显示LED芯片在顶部PCB上的位置（右）。
建模结果
这固体和液体中的传热and层流接口用于计算灯泡内外气流的温度分布和速度幅度。
如下结果所示，本研究中的LED芯片达到了〜76°C的最高温度。自然流的最大速度大小为〜0.2 m/s。
LED芯片中的温度分布在灯泡中，标称功率为5瓦（左）。灯泡内外的气流的速度场大小（右）。
注意：与版本5.5相比，该LED灯泡模型的计算时间在COMSOL多物理学的5.6版中短10％。了解更多here。
LED灯泡模型中温度分布（表面图）和速度（箭头和流线）的仿真结果。
Studying an LED Bulb Design in Real Life
在教程文档中，我们做了以前从未做过的事情：将模拟结果与我们进行的现实生活实验进行比较！
In our experiment, two LED bulbs, with similar properties as the LED bulb modeled in the tutorial model, are fixed on a vertical board. They are powered through a 230 V AC domestic current. The temperature inside of both bulbs is calculated using a basic infrared camera. ~72°C is the maximum temperature observed (close to the maximum temperature observed in the tutorial).
我们的实验设置。
像模型一样，该实验中使用的两个玉米灯泡都有一个塑料屏蔽层覆盖物，这有助于保护其二极管免受外部条件（例如灰尘）的影响。
尽管需要进行更详细的实验来在模型和现实之间提供精确的定量协议，但该实验是概念证明。具体而言，它突显了LED灯泡的冷却受到其方向的影响，无论是垂直还是水平的。这些结果与LED灯泡冷却教程模型的结果非常吻合。
现在轮到你了…
Here, we discussed how you can analyze the thermal management of LED bulbs with heat transfer simulation. Try out the LED Bulb Cooling tutorial model by clicking the button below:
进一步阅读
在Comsol博客上阅读有关LED建模的其他示例：乐动体育赛事播报
参考
- “LED照明”，美国能源部的能源效率和可再生能源办公室，，，，https://www.energy.gov/energysaver/save-electricity-and-fuel/lighting-choices-choices-save-you-money/led-lighting。
评论（1）
中小企业线圈
September 2, 2021好一个。感谢您的有用指导。