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大功率LED路燈散熱器自然對流的數值研究

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大功率LED路燈散熱器自然對流的數值研究

發布日期:2016-07-12 00:00 來源:http://www.ctwjab.tw 點擊:

邊界條件

LED散熱器基板底面假定為等熱流邊界條件,根據功率和基板底面面積給定。散熱器上的肋片自然對流換熱為耦合計算面,邊界條件的設置按照壁面函數法確定。散熱器是在大空間中進行自然對流換熱,該計算域大空間的六個面均設為壓力入口邊界條件,環境壓力為一個大氣壓。

計算結果

當散熱器的加熱功率為50W,其熱流密度的計算公式如下:q=Q/A,式中,q為熱流密度,Q為熱流量,A為基板底面面積。當環境溫度為23℃時,數值計算得到散熱器肋片和基板底面穩態溫度場如圖3、圖4所示。此時散熱器肋片平均溫度為39℃,基板底面最高溫度為53℃。

實驗分析

為了確保數值計算所選的數學模型、網格劃分、計算方法和邊界條件的可靠性,我們做了實驗研究。實驗測量過程在一個不受干擾的封閉空間進行,實驗系統圖如圖5所示。在試驗中,散熱器基板底面覆以電加熱板,用以模擬LED燈組產生的熱量。并在基板與電加熱板間填涂導熱硅脂,隔絕空氣熱阻。電加熱板下方用石棉板絕熱使電加熱板產生的熱量全部由散熱器散出。

實驗過程中為了減少對流場的影響,熱電偶從散熱器上方引出。為了測定散熱器主要部分固體表面溫度,在散熱器上總共布置了17個熱電偶測量點。其中1、2號熱電偶布置在散熱器幾何中心的肋底和肋頂,3、4號熱電偶布置在散熱器中間肋片前端端面上的肋底和肋頂,5、6號熱電偶布置在散熱器從左邊起第三片肋中間的肋底和肋頂,7、8號熱電偶布置在散熱器從左邊起第三片肋前端端面的肋底和肋頂,9、10號熱電偶布置在散熱器左邊最外側肋片中間段的肋底和肋頂。11~17號熱電偶沿著基板底面對稱線上對稱布置。通過穩壓器和調壓器給電加熱板供電,當散熱器基板底面最高溫度在10min內的變化范圍小于0.5℃左右時,我們認為電加熱板的加熱量和散熱器的散熱量達到平衡。此后采集各個測量點的溫度值。

本文中實驗加熱功率間隔為20W,從30~110W的范圍內進行,基板底面最高溫度分別為41、55、67、78和87℃。對應的數值計算基板底面最高溫度分別為41、53、65、75和88℃。從實驗和數值計算結果可以看出隨著加熱功率的提高,散熱器的基板底面最高溫度也隨之提高,成線性變化。實驗結果和數值計算結果的對比如圖6所示,相對誤差率在1%范圍內,說明數值分析結果是可靠的。


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