基于翅片式热管散热器的大功率LED散热问题数值模拟

发布时间：2017-10-08 23:22

  本文关键词：基于翅片式热管散热器的大功率LED散热问题数值模拟

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【摘要】：发光二极管(LED)是一种新型高效固体光源,具有节能、环保和寿命长等特点,是未来照明的发展趋势。但是LED芯片容易过热的问题制约了LED的应用与发展,因此开发散热性能优良的散热技术与结构对LED的推广应用至关重要。本文针对大功率LED散热这一关键问题,研究了基于热管与翅片散热器结合的大功率LED散热问题。本文主要工作内容有：(1)收集并分析国内外应用于大功率LED的主要散热技术,根据大功率LED热源集中、热流密度大的特点提出了翅片式热管散热器。(2)针对总功率为15W的多芯片LED设计了一种新型的纵向翅片式热管散热器,并验证了设计的正确性。根据LED热阻网络图,计算出LED散热系统总热阻,然后得出LED结温为74.8℃。(3)采用专业热分析软件ICEPAK对本文所设计的翅片式热管散热系统进行数值模拟,模拟结果显示LED芯片最高结温为76.2-C,最后对散热系统的结构进行了优化分析。本文取得的阶段性成果：(1)针对总功率为15W的多芯片LED设计一种纵向翅片式热管散热器,对整个散热系统进行理论计算和数值模拟,得出结温均符合需求,且相差幅度为1.8%,验证了本文所设计的翅片式热管散热器的可用性。(2)针对散热系统中的翅片结构,系统分析了翅片数目、高度和厚度因素与LED结温之间的关系,同时经过对比分析,发现翅片高度的变化对散热器性能影响最显著。(3)考虑到设计成本、结构轻量化及抗积灰能力的需求,选取翅片数目为18个,高度为20mm,厚度为0.7mm为最优的一组数据,此时芯片结温最低为73.4℃,完全符合LED实际应用的需求。
【关键词】：大功率LED 芯片结温 ICEPAK 热管 翅片 热阻
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 LED的应用领域及发展趋势15-17
• 1.3 LED技术简介17-19
• 1.4 LED散热技术国内外研究现状19-22
• 1.4.1 翅片式散热器自然对流散热技术19-20
• 1.4.2 微喷冷却技术20-21
• 1.4.3 热电制冷冷却技术21-22
• 1.4.4 热管散热技术22
• 1.5 本文研究主要内容22-24
• 第二章 热管的理论基础和设计计算24-39
• 2.1 传热的基础理论24-25
• 2.2 热管的相关理论25-29
• 2.2.1 表面张力与毛细现象25-26
• 2.2.2 热管原理和特点26-29
• 2.3 热管的设计与计算29-38
• 2.3.1 热管工质的选择30-32
• 2.3.2 热管管壳材料的选择32-33
• 2.3.3 热管吸液芯的选择33-34
• 2.3.4 工质充装量34-35
• 2.3.5 热管的传热极限核算35-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 LED散热系统的热阻与结温的计算39-49
• 3.1 LED封装系统热阻的计算40-41
• 3.2 热管热阻计算41-42
• 3.3 翅片的选择和热阻计算42-47
• 3.4 结温与热阻47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 大功率LED散热系统的仿真分析49-66
• 4.1 有限容积法及ICEPAK软件简介49-50
• 4.1.1 有限容积法49
• 4.1.2 ICEPAK软件介绍49-50
• 4.2 建立模型50-55
• 4.2.1 ICEPAK中热管参数设定51-52
• 4.2.2 求解域的设定52-53
• 4.2.3 建立几何模型53-55
• 4.3 网格55-56
• 4.4 求解56-58
• 4.5 结果分析58-60
• 4.6 散热器翅片的优化60-64
• 4.6.1 翅片数目对结温的影响60-61
• 4.6.2 翅片高度对结温的影响61-63
• 4.6.3 翅片厚度对结温的影响63-64
• 4.7 本章小结64-66
• 第五章 总结与展望66-68
• 5.1 总结66
• 5.2 展望66-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况71

【参考文献】

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本文编号：996846