面向大功率LED水冷散热的微型换热器设计及性能分析

发布时间：2017-05-12 19:29

  本文关键词：面向大功率LED水冷散热的微型换热器设计及性能分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：新型固态照明光源LED（Light Emitting Diode）具有节能环保、使用寿命长等诸多优点，被公认为第四代照明光源。随着LED产业的快速发展，LED光源向着小型化、高亮度、大功率方向发展。这就加剧单颗芯片的热流密度，致使结温上升，严重影响LED的性能与寿命。因此，散热问题一直制约着LED的发展。传统的风冷散热已经不能满足其散热要求，寻找新的散热方式对于确保LED的正常工作以及延长其寿命具有深远的意义。本文提出了面向大功率LED水冷散热系统，设计与制造了微型换热器并搭建了实验平台对其性能进行测试。本文的主要工作如下： （1）设计了一款面向大功率LED水冷散热的微型换热器，其既可用于微通道水冷散热又可用于多孔材料散热。为了研究微通道结构对换热器性能的影响，本文设计四种不同结构的微通道式换热器。同时设计了用于填充多孔铜纤维毡的换热器型腔。 （2）利用FLUENT软件模拟仿真了四种不同结构的微通道式换热器对芯片表面的散热性能。分析了输入功率、入口流量以及微通道结构等因素对大功率LED模块温度场的影响，并对相关参数进行了选择。分析了微通道流速分布对大功率LED散热的影响机制，结果表明深宽比越大的微通道式换热器对芯片表面的散热性能越好。 （3）搭建了基于安捷伦数据采集仪以及压力变送器的实验系统对微通道式换热器的性能进行实验研究，实验结果表明：深宽比越大的微通道式换热器对芯片表面的降温效果效果越好，而其进出口压降也越大。同时将实验结果与仿真模拟结果进行了对比分析，仿真模拟结果与实验结果基本上吻合。 （4）采用多齿刀具加工制造了连续型铜纤维，应用固相烧结技术对铜纤维烧结毡的烧结工艺进行了实验研究。实验结果表明：铜纤维毡的最佳烧结工艺参数为900℃，保温时间为60min。同时对铜纤维烧结毡烧结成形进行分析，从理论上分析了铜纤维毡烧结成形的可能性。 （5）研究了单一型以及复合型多孔式换热器的性能。根据孔隙率的不同以及复合形式的不同，对其性能进行了比较。实验结果表明：孔隙率越大的多孔式换热器进出口的压降越小。在三种不同孔隙率中，孔隙率为80%的多孔式换热器对芯片表面的散热性能最好。在对三种不同复合形式的多孔式换热器的性能研究中，其中综合孔隙率越大，其进出口压降越大；综合孔隙率越小，其对芯片表面的散热性能越好。同时将微通道式换热器与多孔式换热器进行了对比分析，结果表明在相同的入口流量下，微通道式换热器的进出口压降小于多孔式换热器，但是多孔式换热器对芯片表面的散热效果优于微通道式换热器。
【关键词】：微通道 微型换热器 大功率LED 多孔铜纤维毡
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-12
• 第一章 绪论12-31
• 1.1 研究意义及背景12-13
• 1.2 大功率 LED 热控制方案及研究现状13-22
• 1.2.1 LED 的发光原理及优势13-16
• 1.2.2 LED 发热影响及散热方式16-22
• 1.3 微型换热器国内外研究状况22-29
• 1.3.1 微通道式换热器国内外研究状况22-25
• 1.3.2 多孔式微型换热器国内外研究状况25-29
• 1.4 论文课题来源和主要研究内容29-31
• 1.4.1 论文课题来源29
• 1.4.2 论文主要研究内容29-31
• 第二章 大功率 LED 微型换热器的结构设计31-39
• 2.1 微型换热器设计基础31
• 2.2 微通道式和多孔式微型换热器结构一体化设计31-38
• 2.2.1 微型换热器的进出口腔设计34-35
• 2.2.2 微型换热器的盖板设计35-36
• 2.2.3 微型换热器的主体基板设计36-38
• 2.3 本章小结38-39
• 第三章 基于 FLUENT 数值模拟分析的微型换热器参数设计39-60
• 3.1 FLUENT 建模步骤39-41
• 3.1.1 GAMBIT 几何建模39-40
• 3.1.2 划分网格方案选择40
• 3.1.3 求解器选择40-41
• 3.1.4 边界条件确定41
• 3.2 数值模拟模型建立41-45
• 3.2.1 微通道式换热器几何模型41-42
• 3.2.2 控制方程42-43
• 3.2.3 网格划分及边界条件确定43-44
• 3.2.4 边界条件设定44-45
• 3.3 模拟结果分析与参数选择45-59
• 3.3.1 微通道式换热器流场分析46-47
• 3.3.2 输入功率对 LED 模块温度场影响分析47-49
• 3.3.3 入口流量对 LED 模块温度场影响分析49-51
• 3.3.4 微通道深宽比对芯片表面温度影响分析51-52
• 3.3.5 微通道流速分布与 LED 散热关联机制分析52-58
• 3.3.6 参数选择58-59
• 3.4 本章小结59-60
• 第四章 大功率 LED 微通道式换热器水冷散热性能研究60-73
• 4.1 微通道微型换热器加工制造60-61
• 4.2 实验平台搭建及数据获取61-65
• 4.2.1 测试原理61-63
• 4.2.2 实验步骤63-65
• 4.3 实验结果与分析65-72
• 4.3.1 微通道式换热器对芯片表面温度的影响65-68
• 4.3.2 微通道结构对进出口压降影响68-69
• 4.3.3 输入功率对芯片表面温度影响69
• 4.3.4 模拟结果与实验结果对比分析69-72
• 4.4 本章小结72-73
• 第五章 大功率 LED 多孔式微型换热器水冷散热性能研究73-89
• 5.1 多孔材料的选用73
• 5.2 连续型铜纤维制备73-77
• 5.3 切削铜纤维烧结毡烧结成形工艺77-83
• 5.3.1 烧结方法选用79-81
• 5.3.2 铜纤维烧结成形过程分析81-83
• 5.3.3 铜纤维烧结毡孔隙率确定83
• 5.4 实验测试原理及平台搭建83-84
• 5.5 多孔式微型换热器水冷散热性能分析84-88
• 5.5.1 单一型多孔式微型换热器对芯片表面温度影响84-85
• 5.5.2 孔隙率对进出口压降影响85-86
• 5.5.3 复合型多孔式换热器对芯片表面温度影响86-87
• 5.5.4 复合形式对进出口压降影响分析87-88
• 5.6 本章小结88-89
• 第六章 不同类型微型换热器性能综合分析89-92
• 6.1 不同类型微型换热器对芯片表面温度影响89-90
• 6.2 不同类型微型换热器进出口压降比较90-91
• 6.3 本章小结91-92
• 结论92-94
• 参考文献94-99
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果99-100
• 致谢100-101
• 附件101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 殷录桥;李清华;张建华;;提高大功率LED散热和出光封装材料的研究[J];半导体技术;2008年04期

2 徐惠宇,朱荻;国外高深宽比微细结构制造技术的发展[J];传感器技术;2004年12期

3 刘古田;金属纤维综述[J];稀有金属材料与工程;1994年01期

4 刘海洋,刘慧英,王伟霞,马海健,陈云法;金属纤维的发展现状及前景展望[J];产业用纺织品;2005年10期

5 桂垣;武斌;于江利;;提高LED道路照明效益的技术方法[J];电气应用;2009年15期

6 李勐,姜培学,余磊,任泽霈;流体在烧结多孔槽道中对流换热的实验研究[J];工程热物理学报;2003年06期

7 陈庚，罗棣庵;用大空隙率多孔体强化管内换热的研究[J];工程热物理学报;1995年03期

8 明冬兰,万珍平,张发英,汤勇,陈澄洲;连续型金属长纤维切削加工的研究[J];工具技术;1998年07期

9 潘亮;潘敏强;吴磊;汤勇;;小型叠板式换热器传热与流阻特性实验[J];化工进展;2008年03期

10 罗小兵;刘胜;江小平;程婷;;基于微喷射流的高功率LED散热方案的数值和实验研究[J];中国科学(E辑:技术科学);2007年09期

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本文编号：360679