大功率LED路燈的散熱結(jié)構設計和參數(shù)優(yōu)化
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2 散熱器參數(shù)優(yōu)化
現(xiàn)今，LED路燈散熱設計中存在以下問題：散熱翅片面積隨意設定；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；強調(diào)熱傳導環(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)構中的底板厚度、翅片厚度、翅片間距、翅片高度4個因素進行了優(yōu)化設計。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，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://www.ex-cimer.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的極差進行統(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，在設計大功率LED翅片式散熱結(jié)構時，為了得到更好的散熱效果，應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足夠，以抗擊瞬時熱負荷的沖擊。其次，翅片間距減小，翅片數(shù)量增加，會導致靜壓下降。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)構中，底板的主要功能是將燈具內(nèi)部光源產(chǎn)生的熱量導出，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)構中，多采用導熱板方式，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的作用，將LED產(chǎn)生的熱量從燈具內(nèi)部導出。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)對此類問題的進一步研究與優(yōu)化。
為了說明傳導與對流對散熱的影響，本文利用ANSYS對單個LED的散熱過程進行了分析。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部分與對流部分來分析。試驗中，將假設的非傳導部分細化，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的模型進行了熱分析，結(jié)果見表7。
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