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La simulation qui guide la conception

simulations thermiques dirigées
Simulations thermiques d'éclairage LED avec Simcenter FLOEFD ; prévisions de température et de débit.

Avec l'irruption définitive de la technologie LED dans le domaine de l'éclairage, le principal défi pour les concepteurs est de gérer efficacement la dissipation thermique produite par les LED. Ses performances et sa durée dans le temps dépendent en grande partie de la température de fonctionnement. Dans cet article, nous verrons comment optimiser les performances thermiques d'un luminaire LED sans sacrifier les exigences de conception du produit.

Conception basée sur la simulation

La conception basée sur la simulation est une méthodologie proposée par Siemens Digital Industries Software pour intégrer la simulation thermique dans une phase où des décisions de conception fondamentales sont prises, qui déterminent en grande partie les performances et l'esthétique du produit.

Contrairement à la méthode traditionnelle, cette approche permet au concepteur d'expérimenter différentes variantes dès le départ et de simuler le comportement thermique sans quitter l'environnement de conception. Les prototypes sont réalisés numériquement, via la création de jumeaux numériques, qui permettent de simuler parfaitement les caractéristiques de fonctionnement de ce qui sera le vrai produit. Cela permet aux concepteurs de sélectionner les meilleures options au début du processus de développement du produit.

 

 

MÉTHODE TRADITIONNELLE

· Les concepteurs électroniques ou mécaniques finalisent une conception et la livrent à des experts en simulation pour examen et application d'éventuelles modifications.

· Pour chaque changement demandé, les différentes phases de conception sont répétées.

· Chaque changement ou variante de la conception suppose une augmentation des coûts et du temps.

· Plusieurs prototypes physiques peuvent être nécessaires.

CONCEPTION BASÉE SUR LA SIMULATION

· Les concepteurs électroniques ou mécaniques exécutent la simulation au début du processus de conception.

· Les changements nécessaires sont détectés immédiatement et sont effectués en peu de temps.

· Il est possible d'expérimenter plus d'une variante facilement.

· Le prototype est réalisé virtuellement.

Simcenter FLOEFD

Simcenter FLOEFD, de Siemens Digital Industries Software, est l'outil par excellence pour appliquer la conception basée sur la simulation dans l'industrie de l'éclairage.

Simcenter FLOEFD révolutionne la conception LED dans trois domaines en particulier :

Intégration avec la CAO mécanique. Étant entièrement intégré aux principales CAO mécaniques (Solid Edge, NX, Creo, Catia et Solidworks), il n'est pas nécessaire de transférer des données entre CAO et CFD via des fichiers étape. Les modèles de conception et CFD restent synchronisés, ce qui réduit à la fois le temps de simulation et les coûts de développement.

Etudes paramétriques automatisées. Ils font gagner du temps à l'utilisateur, qui peut se concentrer sur la définition du modèle plutôt que sur les tâches manuelles, en proposant la conception optimisée en moins de temps.

technologie dédiée. Simcenter FLOEFD peut également être utilisé pour la modélisation avancée ou pour étudier des phénomènes complexes tels que la condensation, le rayonnement solaire, les points chauds ou le givrage. Aussi, c'est l'outil idéal pour modéliser avec précision les LED, en important des mesures expérimentales de caractérisation thermique et optique depuis le dispositif TERALED (voir ci-dessous).

Simulations thermiques d'éclairage LED avec Simcenter FLOEFD ; prévisions de température et de débit.

Cas réel : Groupe Cariboni

Un exemple d'application de cette méthodologie est celui du groupe Cariboni, une société italienne leader dans la production d'éclairage extérieur Au niveau internacional. Dans ce secteur, la température, la couleur et le maintien de bonnes performances dans le temps sont des exigences essentielles, qui doivent être respectées dans des conditions environnementales très variables.

Dans les luminaires extérieurs, les composants électroniques sont à l'intérieur d'un boîtier étanche qui ne permet pas d'échange d'air avec l'extérieur. Cela rend la dissipation difficile, surtout si l'on tient compte du fait que la conception nécessite des formes attrayantes et pas seulement efficaces.

Gracias a la adopción de Simcenter FLOEFD ya la colaboración con Cadlog, los diseñadores de Cariboni Group pudieron evitar la creación de prototipos físicos, así como las pruebas empíricas, y reducir los costes y el tiempo necesarios para desarrollar un producto competitivo y que resultó obtener éxito dans le marché. Cette approche a permis à l'équipe d'expérimenter sans limites de nombreuses variantes. D'autres produits de la société, tels que les MCPCB, ont également bénéficié de la caractérisation thermique des composants.

Simcenter T3STER et Simcenter TERALED

La caractérisation thermique est un élément fondamental dans la simulation thermique d'un projet avec des LED. Le matériel de caractérisation thermique/optique Simcenter T3STER et Simcenter TERALED constituent une station de test combinée : électrique, thermique et radiométrique/photométrique pour les LED et les modules LED. Les résultats de ces mesures sont des modèles multi-domaines compacts prêts à être utilisés dans le logiciel de conception thermique Simcenter.

Ces stations de test LED sont conformes à la norme JEDEC JESD51-52 et suivent les rapports techniques CIE 127:2007 et 225:2017. La résistance thermique réelle et les métriques de rendement lumineux sont mesurées en fonction de la température de jonction LED réelle sur une large gamme de courants.

Le processus est entièrement automatisé. Les spectroradiomètres tiers aident à capturer les spectres d'émission et fournissent des informations supplémentaires pour une modélisation précise des propriétés de sortie de lumière du boîtier LED dans la conception de l'éclairage.

postes de test
Station de test T3STER et TERALED.

Simulation de désinfection anti-Covid UV-C

La désinfection UV-C des pièces et des systèmes de climatisation est l'un des principaux moyens de prévenir les pandémies telles que Covid. Grâce à Simcenter FLOEFD, il est possible de simuler l'effet germicide des sources lumineuses UV-C pendant la phase de conception du système, en particulier les systèmes de ventilation. Les rayons UV-C sont une gamme particulière de rayons ultraviolets, avec une longueur d'onde comprise entre 200 et 280 nanomètres. Ils sont capables de pénétrer à l'intérieur des micro-organismes - tels que les bactéries, les virus, les moisissures, etc. -, d'entrer dans leurs molécules et d'altérer leur ADN, en les inactivant.

En irradiant des objets et des fluides, tels que l'air ou l'eau, avec des LED à base de rayons UV-C, il est possible d'éliminer les bactéries et les virus présents à l'intérieur. Les principaux domaines d'application sont les appareils de désinfection et les systèmes de climatisation, dans des environnements tels que les hôpitaux, les bureaux, les centres commerciaux ou les moyens de transport public.

Simcenter FLOEFD dispose d'une technologie dédiée au calcul de la dose germicide efficace libérée par les LED UV-C et accumulée dans les fluides, afin de comprendre si une certaine hypothèse de conception a une action germicide suffisante ou non. L'intégration avec la CAO mécanique permet de faire varier les paramètres géométriques de l'équipement de ventilation pour simuler l'effet germicide jusqu'à atteindre un seuil suffisant.

Un conduit HVAC avec 11 tubes UVC (60 W) montrant l'efficacité germicide de l'irradiation (à gauche) et l'irradiation réelle du volume germicide (à droite) avec un écoulement de gauche à droite.

conduit cvc
Un conduit HVAC avec 11 tubes UVC (60 W) montrant l'efficacité germicide de l'irradiation (à gauche) et l'irradiation réelle du volume germicide (à droite) avec un écoulement de gauche à droite.