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Techniques

La conception basée sur la simulation

Par Cadlog Group

Publication: 20 avril

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L’émergence définitive de la technologie LED dans le domaine de l’éclairage signifie que le principal défi pour les concepteurs est de gérer efficacement la dissipation thermique que les LED produisent...
 

Leur bon fonctionnement dépend fortement de leur température de fonctionnement, qui détermine à la fois leur capacité à maintenir leurs performances dans le temps et leur longévité. Dans cet article, nous allons partager l’expérience que nous, Cadlog, avons acquise en travaillant avec des entreprises performantes, en révélant comment elles parviennent à optimiser les performances thermiques d’un dispositif LED sans sacrifier les exigences de conception du produit.

La conception basée sur la simulation

La conception basée sur la simulation est une méthodologie proposée par Siemens Digital Industries pour intégrer la simulation thermique dès la phase où sont faits les choix de conception fondamentaux, ceux déterminant le plus les performances et l’aspect esthétique du produit.

Contrairement à la méthode "traditionnelle", cette approche permet au concepteur d’expérimenter différentes variantes dès le départ, en simulant leur comportement thermique sans jamais quitter l’environnement de conception. Les prototypes sont réalisés virtuellement, créant ce que l’on appelle le "jumeau numérique", une simulation du produit réel imitant parfaitement ses caractéristiques de fonctionnement. Cela permet de poursuivre le processus de conception en sélectionnant immédiatement les solutions les plus prometteuses.

Méthode traditionnelle

- Les concepteurs, électroniques ou mécaniques, complètent la conception et la transmettent aux experts en simulation pour qu’ils l’améliorent.

- Pour chaque modification demandée, les différentes étapes de la conception sont répétées.

- Chaque variante devient un élément de coût supplémentaire.

- Plusieurs prototypes physiques peuvent être nécessaires.

Conception basée sur la simulation

- Les concepteurs, électroniques ou mécaniques, effectuent la simulation dès le début du processus de conception.

- Les changements nécessaires sont identifiés à un stade précoce et les interventions sont courtes et rapides.

- Différentes variantes peuvent être testées, avec peu d’efforts

- Le prototypage est virtuel.

Simcenter FLOEFD

L’outil parfaitement adapté à la conception de l’éclairage basée sur la simulation est Simcenter FLOEFD de Siemens Digital Industries.

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

- L’intégration avec la CAO mécanique. Entièrement intégré à tous les principaux systèmes de CAO mécanique (NX, Solid Edge, Creo, Catia et Solidworks), il ne nécessite aucun transfert de données entre la CAO et la CFD par le biais de fichiers step. Les modèles de conception et de CFD restent synchronisés, ce qui réduit à la fois le temps de simulation et les coûts de développement.

- Les études paramétriques automatisées font gagner du temps à l’utilisateur, qui peut se concentrer sur la définition du modèle et non sur les tâches manuelles, permettant ainsi de trouver la conception optimisée en un temps plus court.

- Une technologie dédiée. Simcenter FLOEFD peut également être utilisé pour une modélisation avancée ou pour étudier des phénomènes complexes tels que l’analyse de la condensation, le rayonnement solaire, les points chauds et la formation de glace. C’est également l’outil idéal pour une modélisation précise des LED, qui peut être réalisée en important les mesures expérimentales de caractérisation thermique et optique du dispositif TERALED (voir paragraphe sur TERALED).

Un exemple de réussite

Un exemple de l’application de cette méthodologie est celui de Cariboni Group, fabricant italien de luminaires extérieurs leader au niveau international. Un secteur où la température, la couleur et le maintien des performances dans le temps sont des contraintes cruciales, dans des conditions environnementales très variables. Dans les équipements d’éclairage extérieur, les parties électroniques sont contenues dans un boîtier étanche, sans échange d’air avec l’extérieur. Cela rend la dissipation de la chaleur plus difficile, surtout dans les produits où la conception est un aspect stratégique et obligatoire. Grâce à l’adoption de Simcenter FLOEFD et au partenariat avec Cadlog, les concepteurs de Cariboni Group ont pu éviter le prototypage et les tests empiriques. Cela a permis de réduire les coûts et le temps nécessaires à la création des produits, qui s’avèrent donc compétitifs et réussissent sur le marché. L’approche de la conception digitale a permis de ne poser aucune limite à l’expérimentation des variations. Les autres produits de la société ont également bénéficié de la caractérisation thermique des composants, tels que les MCPCB et les LED.

BOX – TERALED

La caractérisation thermique est un élément essentiel de la simulation thermique d’une conception incluant des LED. Les dispositifs de caractérisation thermique/optique Simcenter T3STER et Simcenter TERALED forment 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 pour le logiciel de conception thermique Simcenter.

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

Le processus est entièrement automatisé. Les spectroradiomètres tiers aident à capturer les spectres d’émission, fournissant ainsi des données supplémentaires pour la modélisation précise des propriétés de sortie de lumière du LED dans la conception de l’éclairage.

BOX – Simulation de l’assainissement anti-Covid par UV-C

La désinfection par UV-C des locaux et des systèmes de climatisation est l’un des principaux moyens de prévention des pandémies comme celle du Covid. Simcenter FLOEFD permet de simuler l’effet germicide des sources de lumière UV-C dans la conception des systèmes, notamment des systèmes de ventilation. Le rayonnement UV-C est une gamme particulière de rayons ultraviolets dont la longueur d’onde est comprise entre 200 et 280 nanomètres. Ils sont capables de pénétrer dans les micro-organismes tels que les bactéries, les virus, les moisissures, etc. d’entrer dans leurs molécules et d’altérer leur ADN, les rendant ainsi inactifs.

En irradiant des objets et des fluides tels que l’air ou l’eau avec des LED UV-C, il est possible d’éliminer les bactéries et les virus qu’ils contiennent. Les principaux domaines d’application sont les dispositifs d’assainissement et les applications HVAC généralement les systèmes de climatisation dans des environnements tels que les hôpitaux, les bureaux, les centres commerciaux et les moyens de transport.

Simcenter FLOEFD dispose d’une technologie dédiée pour calculer la dose germicide effective qui est libérée par les LED UV-C et accumulée dans les fluides, de manière à savoir si une hypothèse de conception donnée 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 la variation de l’effet germicide jusqu’à ce qu’un seuil suffisant soit atteint.

Un conduit HVAC avec 11 tubes UVC (60 W) montrant l’efficacité germicide de l’irradiation (à gauche) et l’irradiation du volume germicide réel (à droite) avec le flux de gauche à droite.

https://www.cadlog.fr/

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