LED路灯散热器自然对流研究

摘要

目前，环保与发展问题成为当代世界的核心问题。在节能减排的大背景下，绿色经济成为可持续发展的新兴产业。LED作为革命性新型节能环保光源是世界各国和地区都高度关注的战略产业。大功率LED路灯如果散热不好，将会使LED的发光效率变低，寿命减短，LED芯片、荧光粉、封装材料的光电特性产生严重变化，因此散热问题是推广LED路灯需要解决的关键技术之一。
　　本文对目前大功率LED路灯主流型铝制散热器自然对流散热性能进行了实验研究。并采用CFD软件建立了三维物理模型，采用整场离散，整场求解法对散热器在大空间中自然对流换热过程进行了耦合数值计算，得到了散热器热平衡时稳定的温度场和周围冷却空气流动的矢量场。数值计算结果和实验结果误差在2％内，保证了数值计算的可靠性。
　　研究发现，散热器在大空间中自然对流换热时，周围的冷空气被散热器加热后在浮力的作用下自然上升，旁边的冷空气补充进来，不断循环把热量带走的过程中，在散热器上方形成了一个小速度漩涡区，阻碍了周围空气进入散热器肋片中间的槽道，不能与肋片进行充分的自然对流换热。本文针对散热器的温度场和散热器周围冷却空气流动的特点，提出了一种透空型结构设计，在散热器基板底面中间和两端开槽。改变空气扰流冷却散热器的流动方向，可以使空气在散热器中部实现上下流通，不仅可以破坏散热器上面的小速度漩涡区域，还提高了散热器周围的空气流动速度，增大了冷却空气流通量。在50W同等功率下，透空型LED路灯散热器基板底面最高温度比原模型降低了5度，散热器平均换热系数也由7.2W/(m2·K)提高为8.5W/(m2·K)，显著提高了大功率LED路灯散热器的散热能力。

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1 绪 论

1.1 本课题的研究背景及意义

1.2 LED的发光原理

1.3 LED路灯的优点

1.4 LED路灯的发展现状

1.5 散热对LED路灯的重要性

1.6 LED路灯散热已有研究

1.7 本文研究内容

2 散热器散热性能实验研究

2.1 引言

2.2 实验元件

2.3 实验装置

2.4 实验过程

2.5 实验结果

2.6 本章小结

3 散热器自然对流数值模拟

3.1 引言

3.2 物理模型

3.3 数学模型

3.4 计算区域选择

3.5 网格划分

3.6 数值过程

3.7 实验结果和数值结果对比分析

3.8 数值结果

3.9 本章小结

4 透空型LED散热器

4.1 引言

4.2 散热过程分析

4.3 透空型LED散热器

4.4 数值结果及其分析

4.5 本章小结

5 散热器结构优化

5.1 引言

5.2 影响因素

5.3 模拟结果及其分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 后续工作和展望

致谢

参考文献

附 录