基于平板热管的大功率LED照明散热研究

针对大功率LED照明散热问题,本研究将新型平板热管传热与大功率LED照明灯散热相结合,试验研究了利用平板热管散热器散热的LED阵列光源的工作状况。试验结果表明:与无热管的肋片散热器相比,加热管的LED光源芯片中心温度在结温允许范围内比只加普通肋片的LED低约5℃,设置平板热管的LED照明装置的散热器各部分温度分布更均匀。散热器表面温度达到稳定所需时间较快,这种结构的热管散热器可以有效提高肋片散热器的工作效率、结构紧凑、重量轻、成本低,可以满足未来大功率LED散热的要求。     

集成芯片LED场地照明灯新型叠片散热器热分析

针对大功率LED场地照明集成芯片散热问题,提出了一种新型散热器结构。该散热器利用高导热纯铝材料,采用叠片的方式成型。采用实验和有限元模拟相结合的研究方法,对包括直流电源的新型叠片式LED散热器的散热性能进行了研究。结果表明：LED电源达到稳态所需时间较长,最终能够稳定在一个较低的温度范围。叠片式纯铝散热器通过增加散热面积和提高散热器材料的导热系数能有效降低LED结温。所设计的散热器和选择的电源在自然对流条件下能够很好地满足250 W大功率LED散热要求。     

热管换热器用于LED冷却系统的实验研究

研发了一系列将发光二极管(LED)散热与热管传热相结合的用于大功率LED冷却的热管散热器,并对其传热性能进行了实验研究。结果表明,该系列热管散热器具有良好的散热能力,能将节点温度控制在70℃以下,满足了大功率LED对结点温度的控制要求;实验结果还表明,翅片结构不同,换热器散热能力明显不同,所研发系列异形翅片热管换热器的散热能力明显高于目前常用的普通矩形翅片热管换热器,其中以外翻形翅片热管换热器散热能力最好;还研究了热管换热器工作倾角对其散热能力的影响,并给出了热管排布数量、翅片材质及结构对换热器散热性能、换热装置体积、成本及质量的影响。     

自然对流下LED集成芯片整体式热管散热器性能实验研究

为解决LED集成芯片光源的散热问题,提出一种整体式热管散热器,并在不同的热源功率、充液率、倾角下进行了自然对流散热实验研究。结果表明:散热器的热管最佳充液率为30%。热功率较小时,0°~50°倾角对热管传热影响不大;倾角达到75°时,各功率下的热管传热及散热器热阻都明显恶化。散热器启动时间约为30 min,且几乎不受功率大小影响;但75°倾角下,需要更多时间达到稳定。相比于常见的平行板和太阳花翅片散热器,采用整体式热管散热器散热的芯片结温可得到更有效控制。     

加装导流罩的大功率LED强化换热特性研究

针对大功率LED光源存在的散热问题,在风冷散热条件下,对加装导流罩的大功率LED散热器进行优化设计。在肋片结构参数固定的条件下,利用流体分析软件对导流罩的内径、高度、进气口直径以及散热器肋片夹角进行优化。通过改变这些参数来改变散热片表面气体流体的流形、风速等值,最终改变肋片表面对流换热系数。获得的导流罩和肋片夹角参数:导流罩高度85 mm,进气口直径76 mm,出气口直径83 mm,散热器肋片夹角9。通过优化使散热器温度有一定程度的降低,为大功率LED灯具散热设计提供了一种优化方案。     

LED异形灯的散热设计与实验

为了提高LED灯具的散热能力,基于烟囱效应原理,设计了一种新型的LED灯具散热结构。该结构仅采用一块圆柱状基板,不需要散热器,突破了传统LED灯具的构造模式。运用软件Solidworks构建三维模型,用其插件Flow Simulation进行热仿真。当功率为10 W时,LED芯片最高温度为81.34℃。当功率增加到15 W时,最高温度变为105.54℃,高于芯片安全工作温度85℃。因此,本文提出在基板中间加入散热器的改进方案,使LED芯片最高温度下降了30.79℃。并以散热器翅片数12个、内环直径20 mm、翅片厚度1 mm为基础模型参数,进行优化试验。研究表明:在翅片数为12个、内环直径为12 mm、翅片厚度为1 mm时,LED异形灯的散热效果最好,此时,LED异形灯的最高温度为72.21℃。当功率为8,13,15,17,19 W时,LED异形灯芯片的温度都满足LED工作的安全要求。经过对8 W的LED异形灯样品的实验测试,测得其最高温度为53℃,与仿真结果仅相差1.01℃,证实了研究的准确性。所设计的LED异形灯,为解决大功率LED散热问题提供了一条新的途径。     

温度对大功率LED照明系统光电参数的影响

利用板上芯片封装chip-on-board(COB)技术封装大功率LED,比较分析其在不同散热器上的温度变化规律。研究了不同的热平衡温度对大功率LED光通量、电学参数的影响。在实验过程中,光通量、驱动电压、功率和发光效率都呈现出下降的趋势,并且最终稳定在其热平衡值。研究还发现:对于大功率LED照明系统,光通量、驱动电压、发光效率与散热器温度具有线性关系。在电源接通时,随着散热器温度的升高,LED的反向饱和电流迅速升高。通过线性拟合,得到大功率LED照明系统的光通量温度系数、驱动电压温度系数和光效温度系数。     

LED汽车前大灯散热器正交优化设计与分析

设计了一种LED汽车前大灯散热器结构,该结构主要由一条通风管和一台无叶风扇组成.在SolidWorks软件中建立该散热结构模型,并导入FloEFD软件进行散热仿真,得到LED结温温度为148℃.提出在通风管中填充矩形翅片和填充蜂窝结构两种改进方案.仿真结果表明,采用两种改进方案后LED汽车前大灯的结温温度分别下降至102.01℃和86.20℃.对填充蜂窝结构方案进行正交优化试验,分析得出影响该系统散热性能的因素依次为:蜂窝等效直径、蜂窝类型、填充长度、壁厚和通风管长度.按照该顺序优化参数值,得到最优散热结构.仿真结果表明,经过正交优化后,LED汽车前大灯的温度降为75.17℃,进一步提高了整体结构的散热性能.最后分析了该结构的基板温度与风速的关系,结果表明当风速低于5m/s时,温度随着风速的增大急剧降低,当风速高于5m/s时,温度下降趋势相对缓慢.     

基于热管相变传热技术的芯片散热数值研究

建立了高效相变传热的热管散热模组的物理模型并进行了数值求解。研究了是否加装热管、风量的大小、翅片的数量及间距对散热系统性能的影响,并得到了不同工况下芯片表面温度分布。研究表明,采用相变传热的热管散热器与铜管散热器相比,芯片的最高工作温度下降了23℃。电子芯片表面的最高温度随风量的增大而降低,但风量增大的同时,会带来风扇功耗的增大。在保持热管散热模组冷凝段长度不变时,翅片的数量存在一个最佳值,使得芯片的工作温度最低。     

大功率LED热管散热的分析

提出了利用热管技术对大功率LED(Light Emitting Diode)进行散热的构想,设计了LED热管散热器的原理结构,并对其传热机理、传热路线和各传热阶段的热阻进行了定性分析和定量分析,建立了传热模型,导出了总传热系数的计算式,并给出了该热管散热器的设计计算实例。     

Thermographic analysis of flow distribution in compact heat exchangers for a Formula 1 car

A non-intrusive approach is investigated to calculate the internal flow distribution in heat exchangers. In particular, the liquid flow rate can be determined in each tube of an air–liquid finned-tube heat exchanger. A purposely designed test bench impresses a sudden change of temperature of the liquid flowing through the heat exchanger. The thermal transient that follows is monitored by a thermographic camera. This measures the rise of surface temperature along each tube. The temperature evolution pattern is then correlated to the flow rate in the tube by simple mathematical processing. The heat exchanger is tested in still air. Modification is not required. The approach is tested on heat exchangers for a F1 race car, with encouraging results.     

电动汽车空调热泵微通道换热器扁管布置方式对制热性能的影响

本文针对电动汽车空调热泵系统的室内微通道换热器制热性能进行了研究.首先对换热器的流程排布进行了优化分析,得到四流程12-13-13-12模型性能最优.在优化分析的基础上,实验研究了室内换热器扁管横竖布置方式对单体及系统制热性能的影响.结果发现在单体实验中,扁管竖置布置时的内部制冷剂分布均匀度远好于扁管横置布置,其换热量与出风温度比扁管横置布置分别提高了11.2%~16.5%与6.3%~8.4%.系统制热实验结果表明,扁管横置布置的制冷剂分布均匀度仍小于扁管竖置布置,且其受压缩机转速影响较大.而当扁管竖置布置时,制冷剂分布均匀度随着压缩机转速增大而减小.而随着室外环境温度的降低,扁管竖置布置的优势减弱。     

超临界压力CO2在水平圆管内流动传热数值分析

采用SST k-w低雷诺数湍流模型对加热条件下超临界压力CO2在内径di=22.14 mm,加热长度Lh=2440 mm水平圆管内三维稳态流动与传热特性进行了数值计算.通过超临界CO2在水平圆管内的流动传热实验数据验证了数值模型的可靠性和准确性.首先,研究了超临界压力CO2在水平圆管内的流动传热特点,基于超临界CO2在类临界温度Tpc处发生类液-类气“相变”的假设,揭示了水平圆管顶母线和底母线区域不同的流动传热行为.然后,分析了热流密度qw和质量流速G对水平圆管内超临界压力CO2流动换热的影响,通过获取流体域内的物性分布、速度分布和湍流分布等详细信息,重点解释了不同热流密度qw和质量流速G下顶母线内壁温度Tw,i分布产生差异的传热机理,分析结果确定了类气膜厚度d、类气膜性质、轴向速度u和湍动能k是影响顶母线壁温分布差异的主要因素.研究结果可以为超临界压力CO2换热装置的优化设计和安全运行提供理论指导.     

采用铜铝复合管的翅片管换热器性能试验研究

针对铜铝复合管(ACC管)在空调用翅片管换热器中替代铜管应用进行了试验研究。分别对Ф7.94mm型管的全铜管、过冷段铜铝复合管、全铜铝复合管三种换热器进行了性能比较和成本分析。研究结果表明,在风速和风量不变的情况下,过冷段铜铝复合管换热器能力为8634.22W,高于全铜铝复合管的换热器的8389.36W,低于全铜管换热器的8989.07W。制冷剂侧能力测试中,过冷段铜铝复合管换热器平均值为8.885kW,与全铜铝复合管换热器平均值8.775kW相比高1.24%,与全铜管换热器平均值9.101kW相比低2.37%,与能力测试结果基本一致。与原换热器铜管相比,在相同条件下,铜铝复合管可以降低管材成本29.5%。综上所述,过冷段采用铜铝复合管的换热器能够取代铜管换热器应用在空调中,在不影响其换热性能的基础上,降低成本效果明显。     

非能动传热球床堆有效导热系数的壁面效应分析

本文针对非能动传热机制下简单立方球床堆有效导热系数进行了数值研究,根据有效导热系数的空间分布特性,对球床堆的近壁面区域和主体区域作了划分;分析了不同非能动传热机制下的有效导热系数的壁面效应;最后分析了导热、辐射和自然对流对近壁面和主体区域有效导热系数的贡献。结果发现,近壁面区域是在壁面附近一个球径范围内的区域;由于辐射和自然对流的影响,相同温度下近壁面有效导热系数比主体区域的有效导热系数小了近15%。当温度分别超过950 K和1080 K时,辐射成为球床堆主体区域和近壁面区域的主导传热机制;自然对流对有效导热系数的贡献并不大,当温度超过600 K时,自然对流可以忽略。研究结果可以为高温球床堆的设计与优化提供理论基础。     

伴随水力空化现象的对流换热数值研究

以水为介质,建立了液体流动的混合物多相流模型及空化模型,运用CFD方法对水平圆管内伴随有水力空化现象的受迫对流换热过程进行了数值研究,详细分析了管道入口压力、入口温度和限流孔与管道直径比等因素对水力空化及对流换热过程的影响规律。数值模拟结果表明,空化现象出现在圆管喉部(限流孔)壁面附近区域;与相同流量下无空化时的传热相比,在发生空化现象的区域,传热壁面被蒸汽所覆盖导致传热急剧恶化,而在远离空化发生区域的下游位置,由于空化的扰流作用使得加热壁面与流体之间的传热得到明显改善。     

应用于LED灯具散热的平板热管传热特性

平板热管作为一种新型的热管技术,具有高热导率,良好的均温性等优点,成为解决大功率LED散热问题很有前途的技术之一。本文通过实验与数值模拟相结合的方法,研究了平板热管散热模组的传热性能,探讨了热源布置方式(集中式布置与分散式布置)的影响,为LED芯片的布置提供理论指导。结果表明:该平板热管散热模组的散热效果良好,能有效解决LED灯的散热问题。     

Analysis of junction temperatures for groups III–V semiconductor materials of light-emitting diodes

This study utilizes the Shockly equation and Fourier’s law with the optical, electrical and thermal properties of LEDs to predict the variation of the junction temperature with the injection current. It is shown that the relationship of the junction temperature with the injection current can be determined by the effective thermal conductivity, temperature coefficient of junction voltage, series resistance, integral constant (forward voltage at the initial forward current and junction temperature), ambient temperature and external quantum efficiency. The effective thermal conductivity, temperature coefficient of junction voltage, and series resistance are calculated from the material properties based on the structures of LEDs instead of measurements in this study. The junction temperature of AlGaInP/GaInP MQW red LED predicted from this study agrees with the available experimental data and the junction temperatures of GaInN UV LED and AlGaN UV LED calculated by this work are also consistent with these obtained from the emission peak shift method. The elevated temperatures of AlGaN and GaInN are larger than that of AlGaInP/GaInP MQW red LED due to the difference of the thermal conductivity for the LED substrate. This study also presents the effects of the parameters on the variation of the junction temperature with the injection current. The effective thermal conductivity and ambient temperature significantly affect the junction temperature of LEDs.