梳状散热器结构和角度对大功率LED结温的影响

利用计算流体力学(CFD)软件Fluent模拟了梳状肋片散热器的大功率LED灯的温度场分布。从散热器肋片高度、肋片间距以及灯具的照射角度三方面分析了散热器的散热效果。通过对比分析不同散热器的速度流场与温度场分布,得知当肋片高度为10mm、间距为4.1mm时散热器散热效果最佳。灯具的照射角度也会影响到散热器的散热性能,当照射角为90°时散热器性能最佳。     

基于等效热路法的LED阵列散热性能研究

针对一款阵列型大功率LED投光灯的散热特点,建立了关键散热结构的物理模型,并基于等效热路法选用能正确表达其热传导和热对流性能的数学模型,进而遵循本文设计的计算流程能快速计算出自然对流边界条件下的散热性能。通过与红外热像仪的实测温度进行比较,发现二者数据吻合性好,误差仅为+1.08%。随后经散热器关键结构参数对散热性能的影响趋势分析可以看出:肋片间距对投光灯模型存在明显的最优选择,宜采用5 mm的肋片间距;增加肋片高度和减薄肋片厚度均能提升模型的散热性能,但建议须同时考虑减重、成本和可加工性,以获取更适宜的肋片高度(24 mm)和厚度(1～2 mm)。等效热路法可作为同类型LED灯具结构散热性能分析与优化的一种便捷而有效的研究方法。     

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。     

基于导热塑料的新型LED灯散热器设计与优化

以某中等功率LED灯具为例,设计了塑料散热器的基本构型。采用数值仿真的办法对散热器的性能进行分析,并根据分析结果进行结构改进与优化。结果表明,在同样构型下塑料散热器散热性能低于铝合金散热器;与传统铝合金散热器不同,当肋片高度达到30 mm后,塑料散热器的散热能力趋于稳定;虽然导热塑料的红外发射率较高,仿真分析表明通过热辐射散出的热能只占总热很小的一部分,所以塑料散热器的设计应以增加对流换热面积为主,增加肋片与环境的视角系数是次要考虑因素。改进优化后的塑料散热器达到了和铝合金散热器相近的散热性能,总质量较铝合金散热器减轻了30%,验证了塑料散热器在降低产品重量方面的优越性。     

LED散热器三角槽扩展表面散热性能

对大功率LED太阳花散热器肋片三角槽扩展表面的散热性能进行了数值模拟与分析,并对肋片长度方向的温度分布进行了实验验证。在考虑自然对流和辐射模型的条件下,研究了肋片表面三角槽的顶角α、槽宽s和槽深d对散热器肋片顶部最高温升ΔTmax、平均对流换热系数h和对流换热热阻R的影响。结果表明:顶角α在90°～120°范围内、向肋片根部倾斜的三角槽在增加散热面积的同时,改善了流场分布,从而显著地增强了太阳花散热器的散热性能;相比于槽宽s,槽深d对平均对流换热系数h影响更为显著,较小或较大的槽深会因平均对流换热系数h的大幅降低而恶化散热效果。     

大功率LED照明器的热设计

采用等效电路的热阻法计算了大功率LED照明器的热阻，并估算了散热器的面积，然后利用Icepak软件进行建模分析。通过改变散热器翅片的高度、类型及散热器的面积，比较模拟软件计算后的温度分布与原始温度，分析得出翅片在增加高度时改变散热性能最为明显，为大功率LED照明器的热设计提供了参考。     

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。     

双进双出射流水冷大功率LED散热系统研究

针对大功率LED存在的散热问题,提出了一种双进双出射流水冷散热器,将其与现有射流水冷散热器的散热效果进行对比,并设计了基于射流水冷的大功率LED散热系统实验平台.在散热系统全功率工作条件下,LED底部温度分布均匀,并且保持在32℃左右,表明散热系统具有良好的均温性能和散热性能,满足大功率LED的散热要求.利用极差分析法,得到了水泵和风扇对系统散热效果的影响权重,优化了散热系统的工作功率,得到一组较优的控制水泵和风扇功率的脉冲宽度调制信号.在该组控制信号下,降低了散热系统的功耗,同时保证了系统散热效果,达到了节能目的.     

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。     

LED球泡灯的烟囱效应散热设计与实验

为了增强LED灯具的散热能力,根据烟囱效应原理,设计了一种LED球泡灯,其具有特殊的直筒式烟囱结构。利用Solidworks建立三维模型,通过其插件Flow Simulation进行热仿真,并以烟囱高度30 mm、烟囱数量6、通风口长度2 mm的参数为基础模型。通过实验验证,测出该模型的最高温度为69℃,与仿真所得出的结果仅相差1.66℃,证实了仿真步骤的正确性。以此为基础,对不同烟囱高度和数量、通风口大小对LED芯片最高温度的影响进行研究。研究表明:烟囱效应明显增强了灯具的对流散热性能。在烟囱高度为45mm、烟囱数量为12、通风口长度为3.5 mm时,LED芯片的最高温度为61.04℃,比优化前下降了9.62℃。在模型参数相同的条件下,最高温度比不加烟囱结构的LED球泡灯下降了1.9℃,且散热器重量下降了2.55g。在自然对流条件下,所设计的LED球泡灯能很好地满足LED芯片工作要求。     

大功率LED热阻自动测量方法研究

在没有散热措施的情况下,大功率LED芯片的温度迅速升高,当结温超过最大允许温度时,大功率LED会因过热而损坏。大功率LED灯具设计中,最主要的设计工作就是散热设计。利用LED半导体器件的结电压与结温具有良好的线性关系的特性,通过测量大功率LED工作时的正向压降,工作电流,恒温箱温度和热衬温度,采用的电学参数法,实现了大功率LED热阻的自动测量。设计并制作了大功率LED热阻自动测量仪,快速、准确的测量了LED晶片到热衬的热阻。六种不同规格LED晶片到热衬的热阻测量值与计算值之间的误差小于10%。热阻测量值普遍高于理论计算值,说明LED制造工艺水平还有很大的提升空间。     

热电制冷LED自然对流散热的设计与优化

为提升高热流密度下LED灯具的自然对流散热性能,以一款基于热电制冷（TEC）的单颗LED小型灯具模组为研究对象,在采用实验测量和回归拟合准确获得TEC性能参数的基础上,建立了有无TEC参与散热的等效热路模型,并选择合理的数学公式对其进行性能描述,进而遵循本文设计的计算流程快速得到各种散热性能数据。LED模组的散热分析表明：在恒定的LED热功率下,施加最佳的TEC电流可获得最高的散热性能;LED热功率越低,安装TEC的散热性能越比常规方法优异。经遗传算法优化前后的性能对比分析表明：优化后结构中TEC的合理工作区明显增大,能满足LED更高功率的散热需求;当LED为0.493 W时,优化后结构的最佳结温仅为15.66℃,远低于30℃的环境温度。基于TEC实验数据建立的等效热路模型,能为装配TEC的LED模组提供快速完整的散热设计分析与结构优化的合理方案。     

新型LED太阳模拟器光学系统设计及仿真

针对现有LED太阳模拟器同时解决准直性、辐照度均匀性、光谱匹配性三大技术指标的难度较高的问题，基于光电一体化二次光学设计，提出一种简便、高效且可实现大功率的LED太阳模拟器光学系统设计方法。采用小角度准直透镜和抛物面镜来整合光源，通过混光棒和微结构进行匀光，最后利用抛物面镜实现光线的准直输出，基于同轴准直的设计思想完成LED太阳模拟器的设计。利用光学软件LightTools对LED太阳模拟器光学系统进行模拟仿真与分析优化，实验结果表明:在直径为260 mm的有效辐照面上辐照不均匀度为2.5%、准直角为1.5°。     

Experimental and numerical investigation of heat transfer in a miniature heat sink utilizing silica nanofluid

In this paper, heat transfer characteristics of a miniature heat sink cooled by SiO₂–water nanofluids were investigated both experimentally and numerically. The heat sink was fabricated from aluminum and insulated by plexiglass cover plates. The heat sink consisted of an array of 4 mm diameter circular channels with a length of 40 mm. Tests were performed while inserting a 180 W/cm² heat flux to the bottom of heat sink and Reynolds numbers ranged from 400 to 2000. The three-dimensional heat transfer characteristics of the heat sink were analyzed numerically by solving conjugate heat transfer problem of thermally and hydrodynamically developing fluid flow. Experimental results showed that dispersing SiO₂ nanoparticles in water significantly increased the overall heat transfer coefficient while thermal resistance of heat sink was decreased up to 10%. Numerical results revealed that channel diameter, as well as heat sink height and number of channels in a heat sink have significant effects on the maximum temperature of heat sink. Finally, an artificial neural network (ANN) was used to simulate the heat sink performance based on these parameters. It was found that the results of ANN are in excellent agreement with the mathematical simulation and cover a wider range for evaluation of heat sink performance.     

新型LED太阳模拟器光学系统设计及仿真

针对现有LED太阳模拟器同时解决准直性、辐照度均匀性、光谱匹配性三大技术指标的难度较高的问题,基于光电一体化二次光学设计,提出一种简便、高效且可实现大功率的LED太阳模拟器光学系统设计方法。采用小角度准直透镜和抛物面镜来整合光源,通过混光棒和微结构进行匀光,最后利用抛物面镜实现光线的准直输出,基于同轴准直的设计思想完成LED太阳模拟器的设计。利用光学软件LightTools对LED太阳模拟器光学系统进行模拟仿真与分析优化,实验结果表明:在直径为260 mm的有效辐照面上辐照不均匀度为2.5%、准直角为1.5°。     

大功率LED灯珠与散热器直焊结构散热效果分析

散热是制约大功率LED发展的瓶颈,为了更好地解决散热问题,采用新型冷喷涂技术,在铝合金散热器表面喷涂铜层,实现了LED灯珠与散热器的直焊,取代了目前使用导热硅胶等热界面材料压接的方式,有效地消除了压接产生的接触热阻,显著改善了散热效果。通过建立LED灯具的三维模型,采用CAE软件模拟和实验两种方法验证了LED灯具直焊结构的散热效果明显优于压接结构,并且随着LED输入功率的增大,直焊结构的散热优势更加显著。     

管肋式辐射器排热特性的数值分析与优化设计

为得到按单面辐射方式布置的管肋式空间辐射器的排热特性，建立了相应的数学模型．采用数值模拟方法分析了管内流体温度、肋片几何尺寸和等效热沉温度对辐射器排热特性的影响，得到了不同参数值下辐射器单位面积排热量以及特定参数范围内的辐射器肋片最佳宽度和肋片效率．数值模拟结果对辐射器的工程结构设计以及空间站热管理方案的优化分析具有一定的参考价值．     

翅片结构参数对纵向翅片扁管换热器换热性能的影响

以纵向翅片扁管换热器为研究对象,分析翅片长度、翅片高度及翅片间距对换热性能的影响,并对换热器的翅片结构参数进行优化,得出进口风速为2m/s时理想的翅片结构参数为:翅片长度为400mm、翅片高度为25mm、翅片间距为2.7mm.