大功率LED热管散热器的热设计研究

给出了一种应用于大功率LED散热的新型热管翅片散热器,该散热器能够有效利用自然风和垂直对流,建立了散热器结构模型,采用Icepak软件分析了散热器参数对大功率LED芯片结温的影响规律.结果表明,热管导热系数、直径以及自然风风速对芯片结温有显著影响,芯片结温随热管导热系数、直径以及自然风风速的增加而降低,翅片导热系数和表...     

荧光粉对大功率LED热特性的影响

为了研究荧光粉发热对大功率LED器件热特性的影响,设计了五种不同荧光粉涂敷方式的大功率LED器件,利用ANSYS软件建立热力学模型进行仿真。将模拟与实测结果进行比较,结果表明,铝基板底部的实测温度、透镜顶部的实测温度、芯片的计算结温与加荧光粉热载荷的模拟温度更相近,不加荧光粉热载荷条件下的模拟温度要低于加荧光粉热载荷的模拟温度和实测温度,并且荧光粉涂敷的量以及涂敷的方式对芯片结温、铝基板底部温度、透镜顶部温度都有影响。     

大功率LED散热器自然对流方向效应实验

为了研究采用微槽群复合相变换热技术的大功率太阳花散热器多角度投光的方向效应及综合散热性能,实验研究了散热器高度、功率以及采用微槽群复合相变换热技术后的过余温度、平均对流换热系数随出光倾角的变化规律,并获得了出光倾角的Ra与Nu关联式。研究结果表明:出光倾角小于90°时,微槽群散热器热源过余温度大幅低于型材散热器,在高度为90 mm,出光倾角为30°,输入功率为80,100,120,200 W时热源温度分别降低了11.6,13.3,18.9,26.7 K,呈现出功率越大降幅越大的趋势;出光倾角大于90°时,微槽群散热器热源过余温度略高于型材散热器,原因是微槽群散热器内部的真空环境影响散热器的均温性;输入功率越高,方向效应越明显;散热器高度越低,平均对流换热系数越大,对比高度60 mm与高度90 mm,在出光倾角为0°时,功率为80,100,120 W时分别提高了27.5%、23.8%和24.2%。因此,设计LED灯具散热器时应综合考虑散热器的方向效应。     

结温与热阻制约大功率LED发展

LED结温高低直接影响到LED出光效率、器件寿命、可靠性、发射波长等。保持LED结温往允许的范围内,是大功率LED芯片制备、器件封装和器件应用等每个环节都必须重点研究的关键因素,尤其是LED器件封装和器件应用设计必须着重解决的核心问题。首先介绍pn结结温对LED器什性能的影响,接着分析大功率LED结温与器件热阻的关系．基于对器件热阻的分析,得出了结温与热阻已经制约大功率LED进一步向更大功率发展的结论,并提出了如下两个观点：1．要在保持低成本和自然散热方式下提高LED器件的功率,根本的出路是提高光转换效率;2．在日前没有提高光转换效率的情况下,发展超过5W的大功率器件对工程应肘没有实质意义。     

一种实现大功率LED均匀照明的投射器设计

以特定区域的均匀照明为目标,设计一种以单粒LED为光源的均匀投射系统。根据LED的发光特性以及能量守恒定律选择采用折射 全反射(TIR)光学系统,通过建立TIR折射面及全反射面轮廓曲线上的点所满足的常微分方程,利用Runge Kutta求解常微分方程得到轮廓曲线上点的坐标,再在UG中对坐标点进行曲线拟合得到轮廓曲线,进而得到TIR模型及适合数控加工的面形数据。将TIR模型导入Tracepro并对投射系统追迹光线。模拟结果表明：目标平面的光照均匀度达到92.6%,系统的效率达到91.8%。     

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。     

大功率集成封装LED路灯透镜的光学设计

为了实现道路照明所要求的矩形光斑分布,以满足LED路灯照明系统的要求,依据光源特性和路面的光斑分布,通过折射定律建立透镜母线的斜率方程,根据该方程设计了用于矩形光斑分布的LED路灯透镜,采用正交优化方法,利用LightTools软件对所设计的透镜光学系统进行仿真比较研究,得到了一个矩形光斑分布的光学透镜。仿真结果表明,该透镜光学系统在高度为10m的照射条件下,照射面积为40m×10m的矩形光斑,均匀度为0.31。对有光斑尺寸要求的LED路灯透镜来说,该方法提供了一种简单有效的设计途径。     

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。     

照明用大功率LED回路热管散热器的研究

分析了照明用大功率LED封装的散热特性,提出了一种用于大功率LED系统散热的回路热管;研究了热负荷、倾角、加热方式等对热管的起动性、均温性、热阻等的影响。试验结果表明,所设计的热管散热器的热阻在0.19K/W~3.1K/W之间,蒸发器的均温性被控制在1.5℃以内,满足大功率LED封装的均温性要求,在热负荷为100W时,蒸发器的温度被控制在100℃以下,满足大功率LED结点温度的控制要求。     

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。     

高功率半导体激光器微通道热沉的方案设计

对用于高功率半导体激光器的叠片式微通道热沉进行方案设计,利用计算流体力学和数值传热学对各种方案进行数值仿真,研究了微通道的特征尺寸和流量等因素对冷却效果和流动阻力特性的影响,一般情况下,减小微通道的特征尺寸和增加冷却水的流量可以降低传热热阻,但增加了流动压力损失;另外对金刚石热扩散片（次热沉）的效果也进行了数值计算,计算结果表明:金刚石热扩散片在该类型问题中降低温度作用明显。     

振荡燃烧过程的计算和诊断

振荡燃烧现象是在发展洁净,高效和安全动力推进系统经常会遇到的问题.本文综述了作者近些年在针对油雾振荡燃烧方面的研究工作.通过把CFD和稳定性分析结合起来,发展了预测和诊断振荡燃烧的非稳定性及其振荡频率的新方法.运用这一方法,求解系统稳态方程和线性扰动方程可得到流场的动态信息和其稳定模态,将为深入认识振荡燃烧机理和开发控制方法提供指导.     

高功率半导体激光器微通道热沉的方案设计

 对用于高功率半导体激光器的叠片式微通道热沉进行方案设计,利用计算流体力学和数值传热学对各种方案进行数值仿真,研究了微通道的特征尺寸和流量等因素对冷却效果和流动阻力特性的影响,一般情况下,减小微通道的特征尺寸和增加冷却水的流量可以降低传热热阻,但增加了流动压力损失;另外对金刚石热扩散片（次热沉）的效果也进行了数值计算,计算结果表明:金刚石热扩散片在该类型问题中降低温度作用明显。     

大功率发光二极管可靠性和寿命评价试验方法

介绍了发光二极管（LED）的发展简史。提出可能影响LED可靠性的几种因素,主要有封装中的散热问题和LED本身材料缺陷。对于LED可靠性,主要方法是通过测试其寿命来分析其可靠性,一般采取加速实验的方法来测试推导LED寿命。介绍了根据加速应力(主要分为单一加速应力和复合加速应力2种)评价LED寿命的测试方法。在不同加速试验应力条件下测试了大功率LED可靠性,并建立了LED寿命的几种数学模型。最后根据具体实例,通过选择加速应力和试验方法,给出具体推导LED寿命的数学公式。     

基于热阻网络的大功率LED热管散热研究

LED结温高一直是大功率LED发展的技术瓶颈,随着单位热流密度的不断攀升,在自然冷却条件下,单纯的直肋热沉散热方式已不能满足散热要求。应用热管技术设计了热管散热系统,对该系统的传热机理和传热路线进行分析,建立该系统对应的热网络模型,对各部分热阻进行分析与计算,求得总的理论总热阻,计算得出理论结温;同时应用有限元方法对该系统进行仿真分析,对LED模块（0.025 m0.025 m0.005 m）输入30 W 电功率,得出其仿真结温稳定在58.19℃,满足结温小于65℃的要求,说明应用热管的散热系统满足设计要求。由热阻网络模型计算得出的理论结温为57.43℃,与仿真结果相差0.76℃,其误差仅为1.31％,验证了理论分析计算的正确性,对实际工程中热设计具有指导意义。     

A Neural Network-Based Mesh Quality Indicator for Three-Dimensional Cylinder Modelling

Evaluating mesh quality prior to performing the computational fluid dynamics (CFD) simulation is an essential step to ensure the acceptable accuracy of cylinder modelling. However, traditional mesh quality indicators are often insufficient since they only check geometric information on individual distorted elements. To yield more accurate results, the current evaluation process usually requires careful manual re-evaluation for quality properties such as mesh distribution and local refinement, which heavily increase the meshing overhead. In this paper, we introduce an efficient quality indicator for varisized cylinder meshes, consisting of a mesh pre-processing method and a neural network-based indicator, Mesh-Net. We also publish a cylinder mesh benchmark dataset. The proposed indicator is trained to study the role of CFD meshes on the accuracy of numerical simulations. It considers both the effect of element geometry (e.g., orthogonality) and quality properties (e.g., smoothness and distribution). Thereafter, the well-trained indicator is used as a black-box to predict the overall quality of the input mesh automatically. Experimental results demonstrate that the proposed indicator is accurate and can be applied in the mesh quality evaluation process without manual interactions.     

基于相关分析的LED路灯光强分布测试步距角优化研究

优化LED路灯光强分布测试系统的测试步距角可以较大程度地提高LED路灯测试的效率。选择不同的测试步距角对LED路灯的光强分布进行测试,将1°测试步距角所测得的路灯光强分布视为真值,采用相关分析的方法研究在较大步距角下所测得的路灯光强分布与真值之间的近似程度。研究结果显示,当相关系数要求在98%左右时,可以选择15°测试步距角对LED路灯的光强分布进行测试,相对于真值测试,在此步距下LED路灯的测试时间减少了98%以上,极大地提高了测试效率。     

单顶角结构LED背光模组的设计与优化

由于LED（发光二极管）具有寿命长、色域宽、功耗低和环保（传统的光源CCFL含有汞气）等特性,在背光模组中采用LED代替CCFL（冷阴极荧光灯）是一种趋势。采用单光源顶角入射结构设计一个5.08cm(2inch)液晶背光模组。针对LED作为点光源带来的亮度不均匀的问题,采用旋转LED的入射角度和区域分割设计的方法,有效地解决了LED液晶背光模组中存在亮斑和暗区等不良的现象。通过模拟实验,可以得到光源出射均匀度为80.06%的导光板。     

Modelling of an argon plasma flow

One-fluid MHD equations are numerically solved for an axisymmetric flow of argon inside and outside a discharge chamber of a cascaded plasma torch. Arc currents of 100 and 150 A, flow rates of 10 and 30 slpm, and two different optical thicknesses are assumed. The flow is shown to be only weakly compressible, of the Mach number below 0.3. The calculated torch powers range from 3 to 7 kW, the energy lost by radiation is (1–3) kW. Axial velocities of (200–600) m/s and temperatures of (12 500–14 400) K are found at the torch nozzle exit and compared with available experimental data. Inside the chamber, several recirculation zones are predicted. The physical model and the chamber shape used can readily be extended for a hybrid plasma torch with the simultaneous stabilization of the electric arc inside the chamber by argon and, e.g., water swirl.Dedicated to Professor Jií Horáek on the occasion of his 60th birthday.     

COIL亚声速段横向喷流混合流场数值分析

 COIL是一个气体动力学、化学反应动力学以及光学相互耦合的复杂过程。作为高总压COIL系统研究的第一步,利用三维CFD技术对传统的COIL亚声速段横向射流混合过程进行了数值分析,讨论了包括压力梯度驱动项的分子扩散机制,得到了横向射流的较精细的结构,如马蹄形射流界面、逆旋涡对以及射流剪切层。结果表明,压力梯度驱动项对重、轻组分的扩散作用相反,重组分沿压力梯度正向扩散,轻组分逆压力梯度方向扩散。在射流穿透不足的情况下,仍然在喷管出口得到了约为0.01 cm^-1的小信号增益系数。