自然对流条件下LED器件散热研究

发布时间：2017-04-03 20:06

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【摘要】：电子器件集成度的日益增长,印证了半导体工业界摩尔定律。在电子器件高度集成的背景下,电子器件的热流密度也持续增长,其散热技术逐渐成为当前传热研究的热点。LED(发光二极管)被认为是取代传统照明光源的第四代节能照明光源,正受到广泛的关注与研究。LED的散热问题一直困扰着光学工程师们,是大功率照明LED普及的最大障碍之一。 自然对流是一种最可靠的被动散热方式,相比于主动式散热,它无需外加能量,无运动部件,维护成本低,适合作为长寿命LED灯具的散热方式。平行翅片热沉是最为常见的自然对流热沉,然而平行翅片热沉在自然对流条件下受安装方向的影响较大,安装角度对散热性能的具体影响需要深入探究。 本文针对LED灯具常用的平行翅片型散热器散热性能的方向性进行了理论和实验研究,开展了以下几方面的工作： 1、建立了平行翅片散热器自然对流散热模型采用商用计算流体力学软件FLUENT,以物理实验为参照,建立了三维计算模型。模型准确度得到实验良好验证。利用模型的计算结果,对平行翅片散热器多种角度下外部流场的流态进行了分析,揭示了影响自然对流散热的两大因素。 2、研制了自然对流方向性测试台在参考前人实验台的基础上,采用吊装方式设计了可旋转的自然对流测试台架,可以将测试对象悬吊在空中并保持某一特定角度。由于使用吊装方式,相比于前人的实验台,测试对象周围无阻挡自然对流的物体,可以更好的实现自然对流的状态。 3、进行了全方位角的平行翅片散热器自然对流散热实验利用研制的自然对流方向性测试台,对平行翅片散热器8个方向角姿态下的自然对流散热进行了实验研究,得出了热负荷、翅片间距和方向性等对自然对流散热的影响。提出了以方向性因子η度量方向性影响的设想,并得到了η随方向角变化的规律。
【关键词】：LED 自然对流 散热器 翅片 方向性
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK124
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 主要符号表8-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 研究背景和意义14-16
• 1.1.1 电子器件热问题14-15
• 1.1.2 LED的热问题15-16
• 1.2 电子器件的外部冷却方式16-19
• 1.2.1 空冷热沉16-17
• 1.2.2 液冷热沉17-19
• 1.3 基于自然对流的电子器件散热研究进展19-22
• 1.3.1 自然对流散热研究进展19-21
• 1.3.2 平行翅片自然对流方向性研究进展21-22
• 1.4 本文主要工作22-23
• 第二章 计算流体力学与传热学基本理论23-31
• 2.1 计算流体力学简介23-25
• 2.1.1 计算流体力学及其基本微分方程23-24
• 2.1.2 微分方程的离散方法24-25
• 2.1.3 Fluent简介25
• 2.2 传热学基本理论25-28
• 2.2.1 热传导方程25
• 2.2.2 对流方程25-26
• 2.2.3 辐射方程26-28
• 2.3 二维竖直平板自然对流28-31
• 第三章 LED平行翅片热沉自然对流数值建模31-40
• 3.1 自然对流热沉的数值建模31-33
• 3.1.1 三维模型与网格31-32
• 3.1.2 模型设置32-33
• 3.2 结果与验证33-35
• 3.3 平行翅片热沉自然对流流态分析35-39
• 3.3.1 平行翅片热沉自然对流场的方向性35-37
• 3.3.2 影响自然对流散热的流场因素37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 LED平行翅片热沉自然对流方向性的实验40-48
• 4.1 自然对流方向性实验装置40-41
• 4.2 自然对流方向性实验方案41-42
• 4.3 实验数据处理方法42-43
• 4.4 实验结果分析43-46
• 4.4.1 热负荷大小的影响43-44
• 4.4.2 翅片间距的影响44
• 4.4.3 无量纲准则数间的关系44-46
• 4.4.4 方向性的影响46
• 4.5 本章小结46-48
• 第五章 总结与展望48-50
• 5.1.1 全文工作总结48
• 5.1.2 主要创新点48
• 5.1.3 对今后工作的展望48-50
• 参考文献50-55
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果55

【参考文献】

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1 方福波;王W毢

本文编号：284886