一种LED热沉的流动传热性能及结构优化

摘要

大功率LED灯的散热问题一直是制约LED照明行业发展的技术瓶颈,而LED灯的外部热沉结构对流换热特性,决定了它能否安全可靠工作。为此,研究LED灯外部热沉的换热特性并进行结构优化,对改善其散热条件和提高其工作安全性意义重大。LED芯片直接焊接在散热器上的结构,可大大减少它的传热热阻,提高LED灯的散热能力。
　　 本文以某种功率为100W的LED路灯为例,以LED芯片直接焊接在散热器上的结构为基础进行研究。首先利用gambit软件建立其散热结构的物理模型并进行网格的划分;然后利用fluent软件,分别对无散热罩翅片顺列布置、无散热罩翅片错列布置、有散热罩翅片顺列布置及有散热罩翅片错列布置四种工况下,LED路灯的翅片热沉结构的散热过程进行了模拟计算。由此获得了冷却空气流场和温度场,并计算得到了翅片表面换热系数、努赛尔数Nu及格拉晓夫数Gr,利用MATLAB软件拟合得到了四种工况下对应的自然对流换热的特征数关联式。计算结果表明:自然对流换热条件下,翅片尺寸在一定范围内增大可以改善翅片结构的散热性能;翅片的宽高比d/H值较小时,顺列布置方式散热较好;翅片的宽高比d/H增大到一定值后,错列布置方式的散热性能更好;散热罩恶化了翅片热沉结构的散热状况。这些研究结论为LED路灯散热结构的优化设计提供了理论参考和依据,可在一定程度上促进LED路灯照明行业的健康发展。