论文大功率LED灯新型底部开缝翅片散热性能是关于本文可作为翅片方面的大学硕士与本科毕业论文空调翅片论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
摘 要：已有研究表明采用底部开缝的散热翅片可以改进散热系统的结构,优化散热器的外部流场,实现强化换热和弱化方向敏感性的目的.本文在传统开缝翅片的基础上,提出一种新型的翅片模型,并通过数值模拟的方法,研究新型翅片的各种参数对散热效果的影响,包括：翅片厚度、翅片间距、翅片高度和支撑柱高度.和传统的开缝翅片相比,新型散热翅片不仅具有较大的散热面积,而且能够改善散热器的外部流场,具有很好的散热效果.
关键词：开缝翅片；LED散热；数值计算；正交试验法
散热已成为影响LED性能以及制约LED发展的关键因素,是当前LED研究的热点和难点之一.功率型LED的散热包含芯片级、封装级和系统级三个层次,目前已有众多学者对芯片级和封装级的散热问题进行了研究.
近年来,国内对散热翅片开缝的研究基本上都集中在翅片管上,如王乐研究了矩形翅片和开缝翅片在自然对流条件下的换热,很少有学者对矩形翅片的开缝进行研究.国外学者也只是比较了矩形翅片、开缝翅片和交错开缝翅片的散热.通过采用翅片开缝的方法,可以改进散热结构,优化气流场结构,从而达到强化换热并弱化方向敏感性的目的.这是由于在自然对流散热条件下,和平行翅片相比,开缝翅片逆转了翅片间的空气流向,消除了翅片顶部和最外侧翅片根部的局部环流,使LED阵列结构周围的流场更加均匀、合理,因而充分发挥了每一片翅片的散热能力,使散热器的整体散热性能大幅提升.
1数学模型的建立
对流换热是由于流体宏观运动引起的流体各部分之间发生的相对位移,冷热相互掺混所导致的热量传递过程,按促成流体产生对流的原因,可分为“自然对流”和“受迫对流”.对流换热的强弱不仅和流体速度和温度梯度有关,而且和流速和温度梯度方向的夹角θ有关.对于给定的物性参数、流速和温度梯度,夹角θ越小,对流换热越强.
LED散热器的外部流场不仅要满足对流换热控制方程,还需要符合流体的控制方程,包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程.其中质量守恒方程和动量守恒方程又叫Navier-Stokes方程（简称N-S方程）,N-S方程是非线性的对流扩散偏微分方程.
基于雷诺平均思想,对N-S方程进行平均化处理,可得到描述湍流平均运动的雷诺方程：
式中,为雷诺应力.k-ε模型采用涡粘系数模式对其进行封闭,即引入湍流粘性系数的概念,建立起平均速度场和雷诺应力的关系：
式中,为克罗内尔函数；为湍流脉动动能.根据脉动能量输运的物理机制,湍流粘性系数应满足如下关系式：
式中,Cμ是无纲系数,ε是脉动动能耗散率.式（4）就是k-ε模型中湍流粘性系数的表达式,它将湍流粘性系数和湍动能及湍动能耗散联系在一起,包括了湍涡输运的部分历时效应.其中,k和ε分别用他们的输运方程解出本文采用带有浮力修正的k-ε模型来考虑湍流效应,其控制方程如下：
式中,为湍动能生成项；为浮力修正项,为密度的湍流Schmidt数；Cμ、、、Cε1、Cε2和Cε3为模型系数,可根据渐进性原则确定,即模型预测的简单流动结果应当和直接数值模拟或实验结果一致
图1 新型翅片示意图
LED模型为计算域的1/4大小,即500mm×500mm×1000mm,相应的LED也取为原来的1/4大小,采用多尺度CFD模拟方法,对LED附近热量变化较大区域进行精细化划分.本文采用分块划分结构化网格的方法,将计算域分成很多规则的立方体,然后再以从边到面,在到体的顺序进行结构化网格划分.网格总数约为106个.
2翅片的提出
结合之前学者的研究成果,针对平行翅片提出了以下新型翅片模型,平行翅片下方采取较密的开缝,既不影响固体传导散热,又可以改善流场结构.相对于之前学者提出的开缝翅片,本文提出的翅片最优较大散热面积,同时又具有较优的流场结构.
为了和先前研究的LED散热进行比较,这里的灯罩、基板、散热器底板采取270mm*270mm大小,厚度依次为4mm,1mm,7mm,芯片热源为5mm*5mm*1mm.路灯功率仍然为100w,共计9颗芯片,每颗芯片11.11w,光电转化率为20%,即可以产生8.889w的热量.支撑柱大小和上方翅片厚度相等,间距为10mm.
利用正交试验设计方法,确定新型散热翅片的工况并进行大功率散热数值分析,工况和芯片最高温度如表1所示.
表1 9种工况下LED最高温度表
过极差分析得出以下结论：相对于普通功率的LED芯片,大功率下LED主次顺序是翅片高度,支撑柱高度,翅片间距和翅片厚度.
发挥着最大作用的仍然是翅片高度.但是随着翅片高度增大,LED最高温度先升高而后降低,即散热能力先变差然后再变好.其他三个因素的影响差别不大,其中支撑柱高度相对于普通功率LED是越小越好；适当增加翅片间距可以达到改善外部流场,增强散热效果的作用,但间距过大反而降低了散热系统整体的散热效果；随着翅片厚度的增加,LED最高温度呈现先增加后降低的趋势.
数值试验结果表明,对于普通平行散热翅片和新型散热翅片,使用工况七中的翅片参数设定可以使二者达到最优的散热状态.普通平行散热翅片和新型散热翅片最优散热状态下的外部流场以及温度分布如图2、3所示.
从图3-2和图3-3可以看出,平行翅片最高温度为49.42摄氏度,新型翅片最高温度为46.72摄氏度,散热效率有所提升,观察流场,主要是新型翅片下方开缝使得空气可以从翅片底部流入,从翅片上方流出,带走了绝大部分热量,优化了散热流场,提高了散热效率.
3结语
基于传导散热和对流散热基本原理,提出了翅片底部设置支撑柱的新型翅片散热模型,通过对芯片阵列的研究,提出了合适的芯片阵列方式,具体结论如下：
3.1性能上
九芯片的阵列方式比四芯片阵列方式的最高温度降低了1.91℃,比十六芯片阵列方式的最高温度只提高了0.73℃；在制造工艺上,九芯片阵列方式和四芯片阵列方式制造复杂程度相当,而比十六芯片阵列方式制造工艺简单很多.综合考虑散热性能和制造工艺,认为采用九芯片阵列方式是芯片分布的最优方式.
3.2缝翅片的流场特性
提出翅片底部设置支撑柱样式的新型翅片模型,并研究了各控制因素对新型翅片散热性能的影响.数值模拟结果表明：对新型翅片散热性能影响作用最大的是翅片高度,影响最小的是翅片厚度.在普通功率的情况下,新型翅片相对于传统平行翅片的最高工作温度只降低了0.18℃,散热效果的改善不是很明显.
3.3率情况下
新型翅片的最高工作温度相对于普通功率下的最高工作温度均有提高,各控制因素对其散热性能的影响也和普通功率下大致相同.在大功率情况下,新型翅片最高工作温度相对于传统平行翅片最高工作温度降低了2.7℃,说明新型散热翅片对于大功率LED芯片的散热效果有很明显的改善作用.
参考文献：
[1] 王乐,吴珂,俞益波,等.基于CFD的LED阵列自然对流散热研究[J].光电子.激光.2010（12）：1758-1762.
[2] 黄秋月,孙志坚,纪翠娟,等.栅格式方孔翅片自然对流换热的数值模拟[J].电子器件.2012（3）：271-275.
[3] 宋长华,李隆键.矩形翅片的传热分析和数值模拟[J].工业加热.2005（3）：14-16.
本文系基金：基于微观流动分析的功率型LED翅片散热研究（JCYJ20130329145813840）,研究成果.
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参考文献：
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