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1. 引言
LED以其低功耗,长寿命和高亮度等特点备受瞩目,正逐渐替代白炽灯和荧光管而成为第三代照明方式。各主要科技大国已经将LED照明项目纳入其发展规划。但LED要真正成为主流照明体,光学和散热问题必须解决。目前LED灯具的光效率大概为60lm/W,和普通T5系列的节能灯差不多,少数能达到85~90lm/W,离真正意义上的节能还有很长的路。用于LED发光的能量只占输入能量的15%左右,其余85%以热能的方式散发,由于LED体积小,内部集成度高造成发热量集中,若外部散热条件不好,必然会使节温上升,产生色温漂移、加速芯片老化,缩短产品寿命。因此,散热成为影响LED产品寿命及可靠性最关键的因素。
在考虑LED散热问题时,主要有两个途径:首先,LED向散热器的热传导过程;其次,散热器在LED传热时达到稳态时向外界的散热过程——对流与辐射。本文利用商业CFD软件SolidWorks Flow Simulation对某型灯具设计进行简化模拟分析,一改之前的模型样机测试,降低开发成本和风险的同时,大大缩短了模型样机制作的漫长周期,实现CAD与CAE的有机结合。
2. 原始模型的建立与分析
CFD软件与SolidWorks 3D软件之间是无缝连接,因此可以直接在SolidWorks中建立散热模型。LED模型参数如表一:
表一 LED 模型参数
散热外壳参数(表二):
表二 散热外壳结构参数
散热器外形如 图一:
将模型定义为外部流场状态,流体为空气。实际LED灯板为密集阵列,因此不需要对每个LED底部定义发热面,直接将LED灯板底面定义为发热面,发热功率为单个LED功率X LED数量X 光效系数,从而得到热功率为11.4W。定义辐射时,将模型外表面设置为真实辐射表面,查表得到白色漆表面红外辐射率ε为0.8并假设模型处在27℃环境中。由于使用CFD软件进行热分析,故不需要对流体对流系数做进行特殊定义,软件在分析时会自动求解模型周围流场,降低了使用门槛,也提高了分析精度。
模型网格化后进行分析计算,得到稳态后温度及温度场的同时也可以求得周围流体状态。求解结果如图三:
可以观察到,模型最高温度发生在LED PCB上为45.9℃,周围及内部温度场如图三所示。
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