大功率LED路燈的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計和參數(shù)優(yōu)化
2 散熱器參數(shù)優(yōu)化
現(xiàn)今,LED路燈散熱設(shè)計中存在以下問題:散熱翅片面積隨意設(shè)定;散熱翅片布置方式不合理;燈具散熱翅片的布置沒有考慮到燈具的使用方式,影響到翅片效果的發(fā)揮;強(qiáng)調(diào)熱傳導(dǎo)環(huán)節(jié)、忽視對流散熱環(huán)節(jié);忽視傳熱的均衡性。這種往往導(dǎo)致了散熱器質(zhì)量龐大,其中一部分翅片沒有發(fā)揮作用或作用很有限。
2.1 參數(shù)優(yōu)化實驗一
本文利用正交試驗對散熱片結(jié)構(gòu)中的底板厚度、翅片厚度、翅片間距、翅片高度4個因素進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。把以上影響散熱片散熱性能的4個參數(shù)作為因素,每個因素取4個水平,以模型質(zhì)量和最高溫度為指標(biāo),采用正交表L16(44)模擬實驗,結(jié)果如表2所示。本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/169031.htm
根據(jù)正交試驗表中的數(shù)據(jù),將以上四因素對試驗指標(biāo)的極差進(jìn)行統(tǒng)計,結(jié)果見表3~表6。表中數(shù)據(jù)顯示對散熱片質(zhì)量的影響由大到小的因素依次為:翅片厚度、翅片間距、翅片高度、底板厚度;對模型最高點溫度的影響由大到小的因素依次為:翅片間距、翅片高度、翅片厚度、底板厚度。
從試驗結(jié)果分析可得出,在設(shè)計大功率LED翅片式散熱結(jié)構(gòu)時,為了得到更好的散熱效果,應(yīng)使翅片厚度和翅片間距盡可能小,但實際上這些值又不能無限小。首先,由于自然對流達(dá)到熱平衡的時間較長,所以自然對流散熱器的基板及齒厚應(yīng)足夠,以抗擊瞬時熱負(fù)荷的沖擊。其次,翅片間距減小,翅片數(shù)量增加,會導(dǎo)致靜壓下降。若翅片數(shù)量過多過密,則會降低空氣流速,相反會使散熱片的散熱效率降低。
另外,在實際中,因美觀與一些特定的環(huán)境要求,會對燈具整體高度有所限制。這樣就限定了散熱器的高度,而散熱器的高度是底板與翅片高度之和。若增加底板厚度則散熱片的高度就要降低。在整個散熱結(jié)構(gòu)中,底板的主要功能是將燈具內(nèi)部光源產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出,再有外部的翅片散發(fā)掉。因此,選取合適的底板厚度和翅片高度也是加快散熱的有效途徑。
2.2 參數(shù)優(yōu)化實驗二
在現(xiàn)有LED路燈散熱結(jié)構(gòu)中,多采用導(dǎo)熱板方式,即一定厚度的底板作為均溫板,先把熱源均溫掉;這部分主要起到熱傳導(dǎo)的作用,將LED產(chǎn)生的熱量從燈具內(nèi)部導(dǎo)出。再借由外部翅片將熱量散發(fā)出去。然而外部翅片散熱機(jī)理,即在何種形態(tài)以及比例下散熱效果會最佳,沒有發(fā)現(xiàn)對此類問題的進(jìn)一步研究與優(yōu)化。
為了說明傳導(dǎo)與對流對散熱的影響,本文利用ANSYS對單個LED的散熱過程進(jìn)行了分析。整個試驗過程中,總的長度是不變的。整體散熱過程是熱傳導(dǎo)與對流相互作用的結(jié)果,為了說明各自的影響,姑且將翅片劃分為傳導(dǎo)部分與對流部分來分析。試驗中,將假設(shè)的非傳導(dǎo)部分細(xì)化,以增加其對流面積。利用ANSYS對單個LED下總散熱柱的長度為50 mm的模型進(jìn)行了熱分析,結(jié)果見表7。
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