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:123128
新型LED热管散热器传热特性研究
许智,李炳熙,吴钊
(哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院456信箱,哈尔滨 150001)
(Tel: 0451-86412155, Email: xz413818011@)
摘要:本文采用ANSYS ICEPAK软件对新型LED热管散热器的传热特性进行数值模拟研究,比较了结点温度和热阻在新型热管散热器和传统散热器的变化规律,同时分析新型热管散热器翅片间温度场变化规律。数值模拟结果表明,在相同的功率和表面积条件下,新型热管散热器的散热性能是最优的;在相同最高限制结点温度的条件下,新型热管散热器的表面积是最小的。
关键词:新型热管散热器;数值模拟;结点温度;热阻
0前言
近些年来,随着人们生活水平的不断提高,人们对照明的需求也越来越高,照明已经成为我们日常生活、学****工作中不可分割的一部分,它与我们息息相关。国家在大力推进“绿色照明”的同时,也把“照明设备”列为重点发展的领域。而LED(Light Emitting Diode)被誉为环境保护、照明节能之星,是未来光源的发展趋势。从当前的科技水平看,LED的发光效率仅能达到10%—20%[1,2],还有80%—90%的能量转换成了热能,芯片的发光效率与温度是密切相关的,芯片的发光效率会随着温度的上升而明显的下降,而大功率LED芯片的热流密度是很大的,如果积聚在LED芯片的热量不能及时地散发出去,会增大LED的光衰,使得色温下降,同时还会加速LED芯片和荧光粉的老化,导致焊点的融化,使芯片失效,这会严重影响LED的寿命。
大功率LED的散热问题已经成为现代技术发展的瓶颈,针对这一问题,国内外许多学者做了大量的工作。刘静等人[3]通过等效电路法对散热器进行热阻分析和面积估算,同时用ANSYS ICEPAK软件数值模拟计算,对散热器的面积、散热器的类型以及散热器的高度进行热性能分析,得出在增加散热器翅片高度的时候对散热器的性能影响最为明显。张琦[4]等人用ANSYS软件对铝翅片散热器进行数值模拟,通过观察散热器的温度场分布,同时分析出影响散热器性能的因素,得出质量是散热器优化的一个重要因素。Bar-Cohen et al.
[5]进行垂直板散热器自然对流冷却方式的实验研究,研究翅片几何参数对散热器的性能的影响,几何参数包括翅片间距、翅片厚度、翅片高度以及材料属性。L·Kim[6]建立了等效热阻模型并对LED热管散热器进行数值模拟研究,分析了空气的流速对其热阻的影响,并分析得出热管散热器能够有效地减小热阻和降低LED芯片的结点温度。孙磊[7]等人对一种基于平板热管和热虹吸管的复合结构热管散热器进行数值模拟,分析热功率、翅片高度、翅片数目对其散热性能的影响,同时研究出翅片高度和翅片数目存在一个最优值,使得散热器温度和热阻最小。
本文设计一种新型热管散热器,用ANSYS ICEPAK软件对其进行传热特性数值仿真研究,考察不同加热功率下新型热管散热器和传统散热器内的结点温度和热阻的变化规律,同时分析新型热管散热器翅片间温度场变化规律。
1新型热管散热器数值模拟
L
W
(a)新型热管散热器外形结构图(b)新型热管散热器主视截面图
图1新型热管散热器模型图