基于脉动热管的大功率LED照明散热模组的研究.doc

文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123367
基于脉动热管的大功率LED照明
散热模组的研究
刘忠保1,张维1,高歌1,代卓耕1,陈泷1,胡艳鑫1,李复活2,汪双凤*1,3
华南理工大学化学与化工学院,传热强化与过程节能教育部重点实验室,广东广州 510640
2. 三门峡速达交通节能科技股份有限公司,河南三门峡 472000
3. 山东省科学院工业节能研究中心,山东济南 250103)
(Tel: [phone], Email: ******@scut.)
摘要:设计了一种应用于大功率LED室内照明设备的新型热管翅片散热器,并针对该散热器散热性能进行了实验和数值研究。实验利用热电偶测温系统对30W的LED灯的散热器表面进行了多点温度测量。结果表明,25min时间后,散热器温度结束上升,℃左右;该设计将脉动热管与翅片相结合,有效解决了LED的散热问题,并满足室内照明对散热器尺寸和外观的要求。在实验基础上,通过Fluent软件建立散热模组的三维模型并进行了数值分析。数值解与实验结果符合较好,说明了该数值模型的合理性,为今后的设计带来了方便。
关键词:脉动热管,LED,翅片,数值模拟
0 前言
世界能源危机日益加重,降低照明用电是节能环保的一项重要举措。LED是一种新型绿色光源,具有节能、环保、寿命长、体积小、控制灵活、响应速度快等优点[1]。但是受到当前LED芯片技术限制,目前大功率白光LED电光效率仅有10%-20%,其余80%-90%的能量全部转化成了热能[2],其热流密度已经达到100W/cm2数量级[3]。而热量的集聚使芯片温度上升会引起LED光通量下降,白光色度变差,使用寿命减短等一系列问题。LED芯片的散热问题已经成为大功率LED技术在照明工程应用的瓶颈[1]。
目前我国大功率白光LED照明主要应用于路灯、隧道灯等方面。大功率LED室内照明灯受体积、外观、空气流通等因素影响导致其散热问题更加严峻,需要更优性能的散热器对其散热。而目前国内在这一领域的研究较少。
脉动热管是一种新型、高效、可用于高热流密度的传热元件,具有体积小、结构简单、传热性能优良等特点[2]。本文通过对脉动热管翅片散热器进行结构设计,加工出样品,对样品进行性能测试;采用Fluent软件进行散热性能分析,旨在解决大功率LED室内灯散热问题。
本文设计了一种应用于大功率LED室内照明设备的新型热管翅片散热器。该设计将脉动热管与翅片相结合,有效解决了LED的散热问题,并满足室内照明对散热器尺寸和外观的要求。在实验基础上,通过
Fluent软件建立散热模组的三维模型并进行了数值分析。
1 实验装置与过程
实验装置设计
散热器由底座、固定板、脉动热管、翅片组成。脉动热管的适应性好,形状可以任意弯曲,加热段和冷凝段可以任意选取[2]。本模型中,为了便于加工,将脉动热管的中间部分与底座接触受热作为加热段,两端与翅片接触作为冷凝段,冷凝段与加热段成90°夹角。大功率LED芯片安装在底座上;脉动热管的加热段穿插在固定板上,冷凝段穿插在翅片上,脉动热管轴线方向与翅片平面垂直。在结构模型中:底座是直径为115mm高为3mm的圆柱体,固定脉动热管的长方体尺寸为100mm×48mm×5mm,脉动热管外径为3.