omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-189-48-55OVVLPWomna-312Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGКомплексная модель распределения температуры для контроля тепловых характеристик бытовых светодиодных лампComplex temperature distribution model for controlling the thermal performance of household led lampshttps://orcid.org/0000-0002-0270-4875КузьменкоВ. П.KuzmenkoV. P.

Кузьменко Владимир Павлович, кандидат технических наук, доцент кафедры электромеханики и робототехники (№ 32)

AuthorID (РИНЦ): 1111872

AuthorID (SCOPUS): 57215003337

г. Санкт-Петербург

Kuzmenko Vladimir Pavlovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Electromechanics and Robotics (No. 32) Department

AuthorID (RSCI): 1111872

AuthorID (SCOPUS): 57215003337

Saint Petersburg

mr.konnny@gmail.comСанкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроенияРоссия202430032024014855Copyright © Кузьменко В.П., 20242024Кузьменко В.П.Kuzmenko V.P.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/312

В работе рассматривается вопрос динамики передачи тепла в бытовой светодиодной лампе и сценарии упрощения моделирования теплового распределения, включающие учет теплопроводности, конвекцию и влияние нескольких светодиодных источников света. Представлен комплексный анализ процессов распределения тепла в бытовых светодиодных лампах и разработка математической модели теплового излучения светодиодного источника света с использованием метода конечных разностей. Разработанная модель учитывает геометрию лампы, свойства материалов и условия окружающей среды. Особое внимание уделяется влиянию расположения светодиодов в системе лампы. Анализ процессов распределения тепла сопровождается формулированием математической модели теплового излучения, исходящего от светодиодного источника света, с использованием метода конечных разностей. Новизна исследования заключается в том, что в математическую модель включены объемная геометрия лампы и источника света, сценарии учета различных параметров модели. Верификация модели показала точность до 93 %. Исследование направлено на создание более реалистичного и точного метода моделирования и анализа теплового управления в многосветодиодных осветительных приборах бытового назначения.

The study covers the question of the dynamics of heat transfer in a household LED lamp and scenarios for simplifying the modeling of thermal distribution, including the account of heat conduction, convection and the influence of several LED light sources. A comprehensive analysis of heat distribution processes in household LED lamps and the development of a mathematical model of the thermal radiation of an LED light source using the finite difference method are presented. The developed model takes into account the lamp geometry, material properties and environmental conditions. Special attention is paid to the influence of the location of the LEDs in the lamp system. The novelty of the study lies in the fact that the volumetric geometry of the lamp and light source, scenarios to account for various parameters of the model are included in the mathematical model. Verification of the model has shown accuracy up to 93 %. The study aims to create a more realistic and accurate method for modeling and analyzing thermal management in multilight LED household lighting fixtures.

моделирование теплового излучениятепловая модель светодиодной лампыкачество светодиодных осветительных приборовтепловой менеджмент светодиодных лампthermal radiation modelingLED lamp thermal modelLED lighting fixture qualityLED lamp thermal managementReferencesCai M., Liang Z., Kunmiao T. [et al.]. Junction Temperature Prediction for LED Luminaires Based on a Subsystem-Separated Thermal Modeling Method // IEEE Access. 2019. P. 1–1. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2936924.Cai M., Liang Z., Kunmiao T. [et al.]. Junction Temperature Prediction for LED Luminaires Based on a Subsystem-Separated Thermal Modeling Method // IEEE Access. 2019. P. 1–1. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2936924. (In Engl.).Wang C., Zhang Ch., Chen Q. [et al.]. Heat management of LED-based Cu2O deposits on the optimal structure of heat sink // High Temperature Materials and Processes. 2023. Vol. 42, no. 1. P. 20220277. DOI: 10.1515/htmp-2022-0277.Wang C., Zhang Ch., Chen Q. [et al.]. Heat management of LED-based Cu2O deposits on the optimal structure of heat sink // High Temperature Materials and Processes. 2023. Vol. 42, no. 1. P. 20220277. DOI: 10.1515/htmp-2022-0277. (In Engl.).Huang Yi., Shen Sh., Li H. [et al.]. Numerical analysis on the thermal performances of different types of fin heat sink for high-power led lamp cooling // Thermal Science. 2019. Vol. 23. P. 625–636. DOI: 10.2298/TSCI170623233H.Huang Yi., Shen Sh., Li H. [et al.]. Numerical analysis on the thermal performances of different types of fin heat sink for high-power led lamp cooling // Thermal Science. 2019. Vol. 23. P. 625–636. DOI: 10.2298/TSCI170623233H. (In Engl.).Şahin N., Çiçek B. A. Numerical Analysis of Thermal Management for High Power LED Street Lights // International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering. 2018. Vol. 2. P. 1–12. DOI: 10.15623/ijret.2018.0702007.Şahin N., Çiçek B. A Numerical Analysis of Thermal Management for High Power LED Street Lights // International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering. 2018. Vol. 2. P. 1–12. DOI: 10.15623/ijret.2018.0702007. (In Engl.).Kuzmenko V. P., Solonyy S. V., Rysin A. V. Qualimetric Model of Heat Sinks of LED Lightning Devices Based on their Thermal Models // 2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). 2022. P. 1695–1697. DOI: 10.1109/ElConRus54750.2022.9755619.Kuzmenko V. P., Solonyy S. V., Rysin A. V. Qualimetric Model of Heat Sinks of LED Lightning Devices Based on their Thermal Models // 2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). 2022. P. 1695–1697. DOI: 10.1109/ElConRus54750.2022.9755619. (In Engl.).Orth T., Krahl M., Parlevliet P. P. [et al.]. Optical thermal model for LED heating in thermoset-automated fiber placement // Advanced Manufacturing Polymer & Composites Science. 2018. Vol. 4. P. 72–81. DOI: 10.1080/20550340.2018.1507798.Orth T., Krahl M., Parlevliet P. P. [et al.]. Optical thermal model for LED heating in thermoset-automated fiber placement // Advanced Manufacturing Polymer & Composites Science. 2018. Vol. 4. P. 72–81. DOI: 10.1080/20550340.2018.1507798. (In Engl.).Бозриков А. В., Алексеев В. С., Антонов И. Н. Современные проблемы производства энергоэффективных систем освещения // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. Т. 1, № 3 (54). С. 80–84. EDN: PVMFZV.Bozrikov A. V., Alekseyev V. S., Antonov I. N. Sovremennyye problemy proizvodstva energoeffektivnykh sistem osveshcheniya [Modern problems of production energy efficient lighting systems] // Vestnik Saratovskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta. Vestnik of Saratov State Technical University. 2011. Vol. 1, no. 3 (54). P. 80–84. EDN: PVMFZV. (In Russ.).Шириев Р. Р., Борисов А. Н., Валеев А. А. Об обеспечении теплового режима светодиодного источника света // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2022. Т. 24, № 3. С. 112–120. DOI: 10.30724/1998-9903-2022-24-3-112-120. EDN: ZIJECR.Shiriyev R. R., Borisov A. N., Valeyev A. A. Ob obespechenii teplovogo rezhima svetodiodnogo istochnika sveta [LED source of light with high light circuit] // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Problemy Energetiki. Power Engineering: Research, Equipment, Technology. 2022. Vol. 24, no. 3. P. 112–120. DOI: 10.30724/1998-9903-2022-24-3-112-120. EDN: ZIJECR. (In Russ.).Кушнарев А. С., Макаров О. Ю. Методика обеспечения тепловых режимов радиоэлектронных устройств с мощными светодиодами // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т. 15, № 3. С. 90–95. DOI: 10.25987/VSTU.2019.15.3.013. EDN: FGSIIE.Kushnarev A. S., Makarov O. Yu. Metodika obespecheniya teplovykh rezhimov radioelektronnykh ustroystv s moshchnymi svetodiodami [Methodology of optimizing thermal regimes of radioelectronic devices with powerful LED] // Vestnik Voronezhskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta. Bulletin of Voronezh State Technical University. 2019. Vol. 15, no. 3. P. 90–95. DOI: 10.25987/VSTU.2019.15.3.013. EDN: FGSIIE. (In Russ.).Aladov A. V., Bulashevich K. A., Chernyakov A. E. [et al.]. Thermal resistanсe and nonuniform distribution of electroluminescence and temperature in high-power AlGaInN light-emitting diodes // St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Physics and Mathematics. 2015. № 2 (218). P. 74–83. DOI: 10.5862/JPM.218.7. EDN: TZGPAJ.Aladov A. V., Bulashevich K. A., Chernyakov A. E. [et al.] Thermal resistanсe and nonuniform distribution of electroluminescence and temperature in high-power AlGaInN light-emitting diodes // St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Physics and Mathematics. 2015. No. 2 (218). P. 74–83. DOI: 10.5862/JPM.218.7. EDN: TZGPAJ. (In Engl.).Аладов А. В., Белов И. В., Валюхов В. П. [и др.]. Исследование теплового режима в мощных светодиодных матрицах // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки. 2018. Т. 11, № 3. С. 39–51. DOI: 10.18721/JPM.11304. EDN: YBRQVN.Aladov A. V., Belov I. V., Valyukhov V. P. [et al.]. Issledovaniye teplovogo rezhima v moshchnykh svetodiodnykh matritsakh [A Study of Thermal Regime in the High-Power LED Arrays] // Nauchno-Tekhnicheskiye Vedomosti Sankt-Peterburgskogo Gosudarstvennogo Politekhnicheskogo Universiteta. Fiziko-Matematicheskiye Nauki. St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Physics and Mathematics. 2018. Vol. 11, no. 3. P. 39–51. DOI: 10.18721/JPM.11304. EDN: YBRQVN. (In Russ.).Кузьменко В. П., Шишлаков В. Ф., Соленый С. В. [и др.]. Исследовательские испытания светодиодных источников света // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2019. Т. 62, № 7. С. 632–640. DOI: 10.17586/0021-3454-2019-62-7-632-640. EDN: PLVUMB.Kuzmenko V. P., Shishlakov V. F., Solenyy S. V. [et al.]. Issledovatel’skiye ispytaniya svetodiodnykh istochnikov sveta [Research Tests of LED Light Sources] // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Priborostroyeniye. Journal of Instrument Engineering. 2019. Vol. 62, no. 7. P. 632–640. DOI: 10.17586/0021-3454-2019-62-7-632-640. EDN: PLVUMB. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.