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大功率LED路燈散熱器對流的數值解析

隨著LED技術的發展，功率型LED在背光、汽車、戶外照明、商業照明等領域都得到飛速發展。但是目前單顆LED的輸出光通量較低，對于戶外照明，需要將LED集成才能達到所需的亮度。在LED的光電轉化中，只有10%～20%的電能轉化為光輸出，其余的轉化為熱能，熱量通過LED基板傳導到外部安裝的散熱裝置來進行散熱。為了保證LED路燈的壽命和可靠性，LED芯片結溫要控制在120℃以下。LED用于道路照明或隧道照明，要滿足防塵、防水、雷擊、風壓等多方面的要求，所以大功率LED路燈散熱器采用自然對流這種冷卻方式*佳。

　　針對大功率LED路燈的散熱難題，國內外學者或制造者在散熱器結構和材料上做了很多工作。劉靜等人-采用等效電路的熱阻法計算了大功率LED照明器的熱阻，并估算了散熱器的面積，然后利用Icepak軟件進行建模分析，改變散熱器結構的幾何參數，通過分析比較得出翅片高度變化對散熱性能影響*明顯。張琦等人采用ANSYS有限元軟件對其散熱結構進行了熱分析，分析了鋁制熱沉不同結構參數對其溫度場的影響情況。通過模擬優化，有效減小了散熱器的質量，優化了散熱器的結構。胡紅利等人基于半導體熱電元件和熱管技術來控制LED燈散熱，并增加一個余熱回收系統，結構復雜，附件多，影響其工作的穩定性。張雪粉設計了多種大功率LED散熱器模型，但對各個散熱器在自然對流的模擬分析過程中，對其表面均采用定值平均換熱系數。雖然計算區域只有散熱器本身，大大地簡化了計算量，減少計算時間，方便散熱器設計，但由于幾何結構上的復雜性，平均換熱系數必須通過實驗與數值計算反復校正才能準確得到。L.Dialameh等人對翅片散熱器進行了三維數值模擬優化，分析了不同肋片高度與肋片間距中空氣的速度大小分布情況；在不同的肋高和肋間距下，得出肋片不同的平均換熱系數。

　　常規的50WLED路燈散熱器外形如圖1所示，其體積大，浪費的金屬材料多，成本居高不下，導致大功率LED路燈產業化應用受阻。本文采用Fluent軟件對這種散熱器進行了三維建模分析，研究了散熱器在大空間中自然對流換熱的耦合傳熱問題；研究了散熱器散熱過程中的溫度場與周圍空氣流動的矢量場，對散熱器的結構進行了改進。