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大功率LED路灯散热器自然对流的数值研究

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大功率LED路灯散热器自然对流的数值研究

发布日期:2016-07-12 00:00 来源:http://www.guotaotoys.com 点击:

边界条件

LED散热器基板底面假定为等热流边界条件,根据功率和基板底面面积给定。散热器上的肋片自然对流换热为耦合计算面,边界条件的设置按照壁面函数法确定。散热器是在大空间中进行自然对流换热,该计算域大空间的六个面均设为压力入口边界条件,环境压力为一个大气压。

计算结果

当散热器的加热功率为50W,其热流密度的计算公式如下:q=Q/A,式中,q为热流密度,Q为热流量,A为基板底面面积。当环境温度为23℃时,数值计算得到散热器肋片和基板底面稳态温度场如图3、图4所示。此时散热器肋片平均温度为39℃,基板底面最高温度为53℃。

实验分析

为了确保数值计算所选的数学模型、网格划分、计算方法和边界条件的可靠性,我们做了实验研究。实验测量过程在一个不受干扰的封闭空间进行,实验系统图如图5所示。在试验中,散热器基板底面覆以电加热板,用以模拟LED灯组产生的热量。并在基板与电加热板间填涂导热硅脂,隔绝空气热阻。电加热板下方用石棉板绝热使电加热板产生的热量全部由散热器散出。

实验过程中为了减少对流场的影响,热电偶从散热器上方引出。为了测定散热器主要部分固体表面温度,在散热器上总共布置了17个热电偶测量点。其中1、2号热电偶布置在散热器几何中心的肋底和肋顶,3、4号热电偶布置在散热器中间肋片前端端面上的肋底和肋顶,5、6号热电偶布置在散热器从左边起第三片肋中间的肋底和肋顶,7、8号热电偶布置在散热器从左边起第三片肋前端端面的肋底和肋顶,9、10号热电偶布置在散热器左边最外侧肋片中间段的肋底和肋顶。11~17号热电偶沿着基板底面对称线上对称布置。通过稳压器和调压器给电加热板供电,当散热器基板底面最高温度在10min内的变化范围小于0.5℃左右时,我们认为电加热板的加热量和散热器的散热量达到平衡。此后采集各个测量点的温度值。

本文中实验加热功率间隔为20W,从30~110W的范围内进行,基板底面最高温度分别为41、55、67、78和87℃。对应的数值计算基板底面最高温度分别为41、53、65、75和88℃。从实验和数值计算结果可以看出随着加热功率的提高,散热器的基板底面最高温度也随之提高,成线性变化。实验结果和数值计算结果的对比如图6所示,相对误差率在1%范围内,说明数值分析结果是可靠的。


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