新型LED热管散热器传热特性研究

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1、传热传质学编号:123128中国工程热物理学会学术会议论文新型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@126.com)摘要：本文采川ANSYSICEPAK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

2、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前言近些年來，随着人们生活水平的不断提高，人们对照明的需求也越來越高，照明已经成为我们日常生活、学习、工作中不町分割的一部分，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(LightEmittingDiode)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%〔切，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F降，而大功率LED芯片的热流

3、密度是很人的，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的散热问题己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⑶通过等效电路法对散热器进行热阻分析和面积估算，同时川ANSYSICEPAK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，得出衣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⑷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

4、分析出影响散热器性能的因索，得出质量是散热器优化的一个重要因索。Bar-Cohenetal.⑸进行垂直板散热器自然对流冷却方式的实验研究，研究翅片儿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。LKim'6'建立了等效热阻模型并対LED热管散热器进行数值模拟研究，分析了空气的流速対其热阻的影响，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⑺等人対一种基于平板热管利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、翅片数日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

5、小。本文设计一种新型热管散热器，用ANSYSICEPAK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1.1物理模型(a)新型热管散热器外形结构图(b)新型热管散热器主视截而图图1新型•热管散热器模型图►大空间计算区域建〕►新型热管散热器人/图2新型热管散热器计算区域模型图新型热管散热器采用压注或压铸工艺一体成型，翅片内部为中空腔体做为热管散热器的冷凝部分并且与底部基板空腔的蒸发段连成一体。此新型热管散热器的模型包括翅片端B和无翅片端C。其中，无翅片

6、端C接触芯片即发热源，相当于热管散热器的蒸发段。翅片端B内部为中空口与无翅片端C连通，间隔线性排列沿着远离热源的垂直的方向上延伸，相当于热管散热器的冷凝端。在新型热管散热器基板底部受到加热的时候，基板空腔中的液体受热蒸发为气体,气体在上升的过程中在翅片端进行放热,在把热量传给翅片的同时气体在多个翅片的中空腔体内冷凝成液体并靠重力作用流回蒸发段，从而完成一个热力循环。模型当中的空腔A里的T质可以为丙酗。图1为新型热管散热器模型示意图，图中W表示基板宽度，大小为55mm；L表示基板和翅片的长度，大小为55mm：Hl表示基板高度，大小为5mm；H2表示翅片高度,大小为45mm；W2表示

7、翅片厚度，人小为5mm,W3表示翅片空腔大小为3mm；W1表示翅片间距，人小为5mm。加热源的尺寸长度为10mm,宽度为lOnim,加热源位于新型热管散热器的中间，这种対热源的模拟相当于在实际情况下加载在人功率LED路灯新型热管散热器下的芯片模组。如图2所示，本文进行数值模拟所选取的大空间计算域为0.4mx0.4mx0.4m,散热器处于大空间计算区域的底部中间位置处。本文対新型热管散热器进行三维建模,在数值模拟时采用稳态散热对其进行热分析o新型热管散热器整个空腔部分相当丁重力型热