多孔微热沉大功率LED阵列传热仿真与实验研究

作     者：王永翔 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：舒水明;万忠民

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：多孔微热沉 大功率LED 传热 数值仿真 优化 

摘      要：LED(Light Emitting Diode)由于其相对普通照明技术的诸多优点而被广泛使用。然而,由于LED芯片电光转换效率低,在工作状态中有约80%-90%的电能转换为了热量,热量的聚集将对LED的工作状态产生许多不良影响。所以,散热问题成为了当下急需解决的LED发展应用的难题之一。针对LED的散热问题,综述了近年来研究LED散热的相关文献,主要分析了关于LED的主动散热的诸多方式,并进行相互优缺点比较,采用了适合大功率LED阵列的散热方法——水冷式多孔微热沉。主要研究内容如下:第一,搭建实验台架对多孔微热沉LED阵列的传热效果进行研究,多孔芯采用铜丝制作,多孔微热沉LED阵列采用5×5的芯片布置方式。研究表明,在输入功率为45W和75W时温度测量点T3的实验温度分别为38.3℃和45.4℃。第二,对实验所用多孔微热沉进行建模仿真,并将实验结果和仿真结果进行对比,发现模拟结果与实验结果的温差在1℃以内,可为后续的研究工作提供可靠的仿真分析工具。第三,利用已验证的仿真方法探讨多孔介质的进出口数目、流速、孔隙率等对系统散热性能的影响。发现相同流量下,进出口由一进一出改为两进两出能改善系统换热;流速由0.25m/s增大至0.5m/s时,系统换热效果提升幅度最明显;孔隙率越小,散热效果越明显,但是流动阻力也随之增大;而且即使在环境温度高达36℃的情况下,系统芯片的最高温度也才45.8℃。第四,为了改善系统的换热效果,根据前文实验和仿真模拟工作,利用已验证的仿真模型,发现一种下空结构,无论是从芯片基板的温度均匀性、安装便捷性或经济性角度考虑,该结构都具有优良的特性。本文工作目的是希望能提供一些理论与实际方面的设计依据,能更好解决大功率LED阵列系统的散热难题并推动其发展与应用。