矿山用移动LED照明设备的热安全性及光效率优化研究

发布时间：2017-10-22 12:19

  本文关键词：矿山用移动LED照明设备的热安全性及光效率优化研究

  更多相关文章： 大功率LED 优化设计 辐射 相变材料 配光

【摘要】：LED具有节能、环保、长寿命、亮度色温可调、高演色性等优点。随着LED技术的成熟,效率的持续提升,采用LED固态照明是趋势,也是节能的最佳方案。矿山用移动照明设备从安全性和节能性角度考虑,已越来越多地采用了LED方案,但由于这种移动照明设备是通过柴油发电机供电,使用环境振动干扰较大,从结构安全方面考虑,LED模块应在满足散热要求的前提下,尽可能降低模块的体积和质量矿山用移动LED照明设备的节能特性主要由LED芯片和电源决定。然而,LED芯片和电源模块集成在一起,一般空间狭小,散热较差。同时,每台移动照明设备需要照射到的领域为50 m*50 m,而目前现有的LED方案很难满足这种照明覆盖要求,对作业场所的工作人员带来安全隐患。本文通过Icepak软件模拟计算,优化了现有矿山用移动LED设备照明设备的模块结构,在不增加模块质量的前提下,大幅提高了模块的散热效率;同时通过模拟研究,考察了相变材料和表面辐射增强处理对模块散热性能的影响;最后,通过配光方案的Dialux模拟研究和筛选,优化了移动设备的照明效果。主要研究内容有:本文应用Icepak对太阳花散热器进行了优化模拟,确定了五个参数(内圆柱半径、散热器高度、翅片长度、翅片厚度和翅片数量)对散热器散热能力的影响。应用正交实验法和温度-质量双目标优化得到了优化的太阳花散热器结构。从理论和实验两个方面证明了在以自然对流换热为主的散热过程中,需要考虑辐射换热,尤其在表面发射率高以及散热器和环境的温差大的情况下,辐射会对散热结果产生较大影响,能降低芯片结温和散热器表面温度之间的温差。相变材料应用于太阳花散热器可以提升散热能力,在相变材料中添加合适的高热导率材料能够进一步提升散热效果。最后,对矿山用移动LED照明设备进行了配光设计,使用两种互补的配光曲线,来弥补移动式照明设备数量不足,照明设备分布集中,导致光照不足的缺陷。
【关键词】：大功率LED 优化设计 辐射 相变材料 配光
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD625
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 背景及意义10-12
• 1.2 现有矿山移动LED照明存在的问题12-14
• 1.3 解决方法14-19
• 1.3.1 芯片散热14-15
• 1.3.2 LED散热器研究进展15-19
• 1.3.3 国内外配光组合方案的设计19
• 1.4 本课题主要研究内容19-21
• 第2章 LED热分析21-26
• 2.1 传热学理论基础21-22
• 2.1.1 热传导21
• 2.1.2 热对流21-22
• 2.1.3 热辐射22
• 2.2 热阻网络22-24
• 2.3 光学参数24-26
• 第3章 LED散热器数值仿真及优化研究26-42
• 3.1 数值模拟的概述26
• 3.2 仿真建模26-28
• 3.3 控制方程及计算28-31
• 3.3.1 控制方程28-29
• 3.3.2 方程计算29-31
• 3.4 太阳花散热器优化设计31-40
• 3.4.1 太阳花散热器正交试验优化设计31-34
• 3.4.2 散热器高度影响分析34-35
• 3.4.3 半径影响分析35-36
• 3.4.4 翅片长度影响分析36-37
• 3.4.5 翅片厚度和数量影响分析37-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第4章 辐射及相变散热分析42-54
• 4.1 辐射影响分析42-47
• 4.1.1 直肋式散热器辐射能理论计算42-44
• 4.1.2 直肋式散热器及太阳花散热器辐射实验44-47
• 4.247-53
• 4.2.1 开放条件相变材料填充效果研究47-48
• 4.2.2 密闭空间填充介质对散热器效果的影响及其模拟研究48-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第5章 光效率优化54-61
• 5.1 移动LED灯具照明要求54-55
• 5.2 二次光学设计55-57
• 5.3 矿山户外移动灯具照明模拟57-60
• 5.4 本章小结60-61
• 结论和展望61-63
• 结论61-62
• 展望62-63
• 参考文献63-67
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单67-68
• 致谢68

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