LED镁合金散热器热性能分析与结构优化

摘要

LED(Light Emitting Diode)作为第四代照明光源，具有高光效、低功耗、高可靠性、长寿命等优点，正逐步替代传统照明产品成为未来照明领域的主流。随着近年来大功率LED照明产品的不断发展与深入普及，LED照明产品日益受到全球的普遍关注。但随着功率的不断增大，大功率LED的散热问题也日益突出，成为了制约LED产业发展的关键因素。因此，解决大功率LED灯具散热问题以及对散热器性能结构优化的研究具有重大意义。
　　针对大功率LED工矿灯太阳花散热器，本文通过实验测试与仿真分析相结合的方法，分析相同几何结构的镁合金材质散热器与传统铝合金材质散热器的热特性。结果表明，相同条件下，镁合金散热器达到稳定工作状态的速度较快;镁合金材质的散热器流场分布均匀，流速较高，同时镁合金还具有重量轻、电磁屏蔽好、易回收等优势。
　　此外，本文结合正交试验法和遗传算法对大功率LED工矿灯散热器结构进行优化设计。根据单一因素试验对散热器的翅片厚度、数目、长度、高度和圆柱直径五个因素选取合理的因素水平，以芯片温度和散热器重量为试验指标，进行正交试验分析。然后，根据正交试验结果建立响应曲面预测模型，并应用遗传算法获得不同权重系数下芯片温度与散热器重量的Pareto最优解。结果表明，在权重系数ω11=0.7，ω2=0.3时，在各因素最优值为翅片厚度1.8mm，翅片数目6，翅片长度167 mm，翅片高度60 mm，圆柱直径56 mm时，可获得实现降低芯片温度和散热器重量的最优解，在此条件下，芯片温度降低5.0％，散热器重量降低10.2％，说明了利用遗传算法对LED散热器优化的优越性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 LED的发展与趋势

1．2 散热对LED性能的影响

1．3 国内外研究现状

1．3．1 散热技术的研究

1．3．2 散热分析方法的研究

1．3．3 芯片封装散热的研究

1．3．4 散热器材质与结构的研究

1．4 本文主要工作

第二章 LED散热理论基础

2．1 LED热量的产生

2．2 LED传热基础理论

2．2．1 LED热量传递过程

2．2．2 热传递的主要方式

2．3 传热过程的有限元分析

2．3．1 传热传导的控制方程

2．3．2 稳态传热过程的有限元分析

2．4 LED散热方法的选择

2．4．1 风冷散热

2．4．2 热管散热

2．4．3 热电制冷散热

2．5 本章小结

第三章 镁合金散热器的实验测试与数值模拟

3．1 镁合金散热器的实验测试

3．1．1 镁合金散热器的样品制作

3．1．2 实验测试系统搭建

3．1．3 散热模组的测温点分布

3．1．4 实验结果及分析

3．2 镁合金散热器的数值模拟

3．2．1 Icepak软件介绍

3．2．2 散热器模型建立

3．2．3 数值模拟结果及分析

3．3 本章小结

第四章 LED镁合金散热器的正交试验优化设计

4．1 单一因素对散热器散热性能的影响

4．1．1 翅片数目对散热性能的影响

4．1．2 翅片厚度对散热性能的影响

4．1．3 翅片长度对散热性能的影响

4．1．4 翅片高度对散热性能的影响

4．1．5 中央圆柱直径对散热性能的影响

4．2 太阳花散热器的正交试验优化

4．2．1 正交试验的简介

4．2．2 正交试验的安排

4．2．3 正交试验的数据计算

4．2．4 正交试验的数据分析

4．3 本章小结

第五章 基于响应曲面法的大功率LED散热器结构优化

5．1 基于响应曲面法建立预测模型

5．1．1 响应曲面法的概述

5．1．2 响应面模型的建立

5．2 基于响应曲面模型应用遗传算法对散热器结构优化

5．2．1 基本遗传算法

5．2．2 多目标遗传算法

5．3 散热器参数优化的软件实现

5．3．1 MATLAB／GUI功能介绍

5．3．2 软件界面和功能介绍

5．4 优化实例

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 后续工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢