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照明用大功率LED散热器换热过程的数值模拟

作　者: 吴健
导　师: 刘林华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程热物理
关键词: LED散热器数值模拟自然对流辐射换热
分类号: TM923.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 52次
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内容摘要

目前，低碳环保的理念深入人心，绿色冷光源LED由于其高效、可靠、环保、寿命长等优点倍受青睐。全世界照明用电量占总用电量的20%，据预测，照明用LED的应用将使这个数字降至4%甚至更低。我国正在逐步淘汰白炽灯，大力扶持LED产业。虽然伴随技术的进步，LED的光效不断提高，但是散热仍然是制约LED发展的瓶颈之一。结温对LED的性能有很大的影响，结温过高，会导致PN结载流子复合率下降、正向导通电压降低、光谱红移、荧光粉老化等诸多问题，最终严重影响LED的寿命。散热器的换热性能是影响LED整体性能的重要因素，自然对流散热器因其经济有效的优点受到欢迎，故本文对此展开了研究。本文对直肋、开口等形式的LED散热器建立三维模型，运用Fluent软件进行自然对流及考虑辐射时自然对流换热的数值模拟。提出了大小计算域选择的方法，分析了肋片布置方式、速度、开口结构、倾斜角度等因素对散热器自然对流换热性能的影响。选取Fluent中DTRM辐射模型，分析了辐射换热的重要性及影响辐射换热的因素，选取了9种直肋式LED散热器进行结构优化。结果表明，横纹结构更加合理，开口结构能有效提高自然对流换热能力，开口式散热器尽量避免20°的倾斜角度。当散热器材料的表面发射率较大的时候，辐射换热量可高达总换热量的30%，此时辐射换热不应当被忽略。另外，当考虑辐射时，开口结构对提高辐射换热量的贡献不大，而肋片高度是影响辐射换热的重要因素。当旨在提高散热器的辐射换热能力时，应适当减小肋片高度。优化结果是肋片长300mm，高25mm，厚2mm，肋片个数为26，间距为11.1mm的散热器综合性能最好。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-14
    1.1.1 光的定量描述  10
    1.1.2 LED的发光机理  10-11
    1.1.3 LED的分类  11
    1.1.4 大功率LED的优点  11-12
    1.1.5 散热对LED的重要性  12-14
  1.2 LED散热器国内外研究现状  14-16
  1.3 本文的主要研究内容  16-17
第2章 LED散热器自然对流数值模拟  17-37
  2.1 几何模型  17-18
  2.2 层流与湍流的判断  18
  2.3 数学模型  18-19
  2.4 计算域的选择  19-22
  2.5 网格划分  22-23
  2.6 数值模拟设置  23
  2.7 结果分析  23-35
    2.7.1 数值模拟与实验关联式对比  23-25
    2.7.2 肋片布置方式的影响  25-27
    2.7.3 速度的影响  27-29
    2.7.4 开口结构的影响  29-34
    2.7.5 倾斜角度对散热的影响  34-35
  2.8 本章小结  35-37
第3章考虑辐射时LED散热器自然对流数值模拟  37-44
  3.1 辐射换热模型  37-38
  3.2 辐射换热的重要性  38-39
  3.3 开口直肋散热器的辐射换热  39
  3.4 肋片高度对辐射换热的影响  39-40
  3.5 散热结构优化  40-43
  3.6 本章小结  43-44
第4章实验与数值模拟对比  44-53
  4.1 红外热像仪测温原理  44-45
  4.2 实验设备及过程  45-48
  4.3 数值模拟  48-50
    4.3.1 12W天花灯的数值模拟  48-49
    4.3.2 56W LED路灯的数值模拟  49-50
  4.4 对比结果  50-52
    4.4.1 12W天花灯对比结果  51
    4.4.2 56W路灯对比结果  51-52
    4.4.3 误差分析  52
  4.5 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-60
致谢  60

照明用大功率LED散热器换热过程的数值模拟

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