大功率LED灯具散热结构研究
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随着绿色照明事业的不断推进,寻求高效、节能、无污染的新型光源成为近年来照明行业的主要任务。LED作为第四代照明光源,具有高亮度、低消耗、高可靠性、寿命长等优点,在人们对照明需求不断扩大的今天其应用越来越广泛。不断增大单颗LED灯的功率已成为满足人们对灯具亮度需求的主要方法。随着功率的不断增大,LED灯的结温不断升高,LED的散热问题已经成为制约LED产业发展的瓶颈,所以提升光通量、降低结温是延长LED寿命、推动LED产业发展的有效途径。本文以吉林省重大专项课题为依托,针对大功率LED灯具的散热问题进行研究,通过对灯具的对比分析研究出有效的散热装置,主要工作如下:(1)论文介绍了选题的背景意义、LED的发光原理和国内外发展现状,直观地展示了LED的发展前景。针对本文将要研究的散热问题,对LED照明灯进行了热学理论分析,分别介绍了LED灯的传热方式、散热方法和有限元软件ABAQUS的温度场模拟过程,分析了传热过程的有限元理论,并用热电模拟法模拟了LED灯的传热路径,为后续的热阻计算做准备。(2)论文在理论分析的基础上,对与吉林省恒光科技有限公司共同开发研制的三种大功率LED照明灯具进行了试制模拟。具体过程为:对已开发灯具进行调试,在室温环境下用热电偶测量仪测量灯具各个位置的温度;利用AUTOCAD建立灯具二维简化模型,利用UG和ABAQUS/CAE建立灯具三维简化模型,并导入ABAQUS进行温度场的模拟,得到灯具温度云图和温度梯度图。通过计算翅片效率和灯具热阻可知,翅片型散热器是有效的散热设备,其他条件相同时,翅片效率和翅片的高度成反比;粘结材料的热阻占灯具热阻的比例很大,寻求热导率大的粘结材料是减小热阻、加快散热的有效方式。(3)针对翅片型散热器的成型问题,论文简要讲述了翅片的制造方法,着重讲述了目前生产中常用的挤压生产过程,并从挤压设备、挤压模具设计和挤压速度三个方面进行论述。(4)论文对翅片型灯具和水冷型灯具分别进行了模拟分析,并在此基础上将三种灯具进行了对比,得出结论:水冷灯2是最为有效的散热装置,水在系统散热中起关键作用。论文在大量温度测试和模拟的基础上,将翅片型大功率LED灯具和水冷型大功率LED灯具在散热方式、散热路径和散热效果等方面进行了对比分析,总结了实验得出的结论,并指出实验和模拟过程中需要改进的地方,为大功率LED灯具散热问题的后续研究提供了理论和实践基础。
摘要 | 第4-6页 |
ABSTRACT | 第6-7页 |
第1章 绪论 | 第11-17页 |
1.1 选题背景和意义 | 第11-12页 |
1.1.1 课题来源 | 第11-12页 |
1.1.2 课题研究的意义 | 第12页 |
1.2 国内外研究发展现状 | 第12-16页 |
1.2.1 世界主要国家和地区 LED 发展概述 | 第13-14页 |
1.2.2 我国的研究发展现状 | 第14-16页 |
1.3 本文主要研究内容 | 第16-17页 |
第2章 LED 概述及热分析理论 | 第17-31页 |
2.1 LED 概述 | 第17-19页 |
2.1.1 LED 的基本结构 | 第17-18页 |
2.1.2 LED 的发光原理 | 第18页 |
2.1.3 LED 的技术参数 | 第18-19页 |
2.2 传热学基础理论 | 第19-22页 |
2.2.1 热传导 | 第19-20页 |
2.2.2 热对流 | 第20-22页 |
2.2.3 热辐射 | 第22页 |
2.3 传热过程的有限元分析 | 第22-23页 |
2.3.1 传热过程基本方程 | 第22-23页 |
2.3.2 稳态传热过程的有限元分析列式 | 第23页 |
2.4 LED 散热方法 | 第23-27页 |
2.4.1 风冷 | 第24-25页 |
2.4.2 水冷 | 第25页 |
2.4.3 热管技术 | 第25-26页 |
2.4.4 热电制冷 | 第26-27页 |
2.5 热阻网络模型 | 第27-29页 |
2.5.1 热电模拟法 | 第27-28页 |
2.5.2 多芯片 LED 集成封装的等效热路模型 | 第28-29页 |
2.6 关于 ABAQUS | 第29-31页 |
2.6.1 ABAQUS 软件简介 | 第29页 |
2.6.2 ABAQUS 温度场模拟分析过程 | 第29-31页 |
第3章 翅片型大功率 LED 灯具散热装置研究 | 第31-55页 |
3.1 翅片的导热及翅片效率 | 第31-34页 |
3.1.1 翅片导热的微分方程 | 第31-33页 |
3.1.2 翅片的效率 | 第33-34页 |
3.2 翅片型大功率 LED 灯具试制及模拟 | 第34-42页 |
3.2.1 试制灯具简介 | 第34-35页 |
3.2.2 灯具参数 | 第35页 |
3.2.3 灯具温度测试 | 第35-37页 |
3.2.4 基于 ABAQUS 的温度仿真 | 第37-40页 |
3.2.5 实验分析 | 第40-42页 |
3.3 灯具热阻计算及分析 | 第42-45页 |
3.4 翅片成型方法 | 第45-54页 |
3.4.1 翅片制造方法 | 第46-48页 |
3.4.2 翅片型散热器的挤压生产 | 第48-54页 |
3.5 本章小结 | 第54-55页 |
第4章 水冷型大功率 LED 灯具散热装置研究 | 第55-71页 |
4.1 水冷型大功率 LED 灯具试制及模拟 | 第55-63页 |
4.1.1 试制灯具简介 | 第55-57页 |
4.1.2 灯具参数 | 第57-58页 |
4.1.3 灯具温度测试 | 第58-59页 |
4.1.4 基于 ABAQUS 的温度仿真 | 第59-62页 |
4.1.5 实验分析 | 第62-63页 |
4.2 翅片型灯具与水冷型灯具的对比分析 | 第63-68页 |
4.3 本章小结 | 第68-71页 |
第5章 结论与展望 | 第71-73页 |
参考文献 | 第73-79页 |
致谢 | 第79页 |
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