大功率LED散热器的空气强制对流冷却研究.docVIP

　　大功率LED散热器的空气强制对流冷却研究 摘 要： 为了解决大功率LED的散热问题，以数值计算的方法研究平片散热器内部流体的流动换热特性。该文基于SOL Multiphysics平台对三种不同湍流模型进行考核，并在此基础上对连续平片和分段平片散热器的散热性能进行比较分析。计算结果表明，标准k?ε模型精度最高；当入口风速由1 m/s增大到9 m/s时，分段平片相对于连续平片换热系数提高了5%～10%，阻力因子降低了3.5%～7.12%。此研究为散热器结构的优化设计提供了理论依据和计算数据。 中国 8/vie 　　关键词： 大功率LED； 散热器； 湍流模型； 分段平片； 传热分析 　　中图分类号： TN011+.3?34 文献标识码： A ： 1004?373X（2017）08?0001?03 　　Study on air forced convection cooling for high?poical Engineering and Energy， Zhengzhou University， Zhengzhou 450001， China） 　　Abstract： Aiming at the heat dissipation problem of the high?poerical calculation method is used to study the flo heat sink. On the basis of the SOL Multiphysics platform， three different turbulence models ined. On this basis， the parative analysis for the heat dispersion performance of the heat sinks and discrete plate film odel is the highest； in parison ， the heat transfer coefficient of the discrete plate film is increased by 5%～10% and its resistance factor is decreased by 3.5%～7.12% 1 m/s to 9 m/s. This study provides the theoretical basis and calculation data for the optimization design of the heat sink structure. 　　Keyodel； discrete plate film； heat transfer analysis 　　0 引 言 　　随着LED在照明领域的应用发展，高功率、高品质、小尺寸的LED已经成为重要的发展趋势。然而散热一直是制约LED发展的关键因素。翅片散热器以其结构简单，价格低廉，可操作性强等优点在大功率LED热管理中被广泛采用，并得到国内外学者的一致认同。Byung?Ho Kim等分别对LED芯片尺寸、数量以及基板厚度进行了研究，发现芯片结温与芯片位置关联性很大，基板厚度减小、芯片尺寸增加可以降低结温[1?2]。李骥等人比较了基板水平放置和竖直放置热沉的散热性能[3]。梁才航、王长宏等分析了底板边长、翅片高度、厚度、间距等几何参数对LED结温的影响[4?5]。李灏使用正交试验法对太阳花散热器进行模拟优化设计，并考察了尺寸参数对散热器重量与LED最高温度的影响[6]。周建辉、徐国强采用遗传优化算法，分别对平直翅片散热器和叉指式散热器的结构参数进行优化设计[7?8]。Arik等将平板式和柱状式两种翅片的散热性能进行了对比，发现柱状散热器使热量传递更迅速，使散热片温度的分布更均匀[9?10]。 　　通过对近年来国内外专家对LED散热技术的研究成果进行归纳和比较，本文利用SOL Multiphysics的耦合场分析功能对大功率LED采用空气冷却时的散热过程进行数值模拟，在对三种不同湍流模型（标准，标准，SST）进行考核的基础上，分析比较连续平片和分段平片散热器的散热性能。 　　1 计算模型及边界条件 　　由于平板翅片散热器每个肋片的散热过程都相同且对称，取散热器中央的一个流道，左右两侧各取肋片厚的一半作为计算单元。将计算单元放置在矩形通道中进行数值模拟。三维计算模型见图1。计算单元及矩形通道的尺寸参数如表1所示。 　　将模型的计算区域分成两个部分，散热器为固体区域，矩形通道只有空气流过，作为流体区域。三维流体区域空气采用不可压缩模型，数值模拟时做如下假设：流体物性参数为常数；主要为强制对流换热，沿肋厚方向的导热忽略不计