大功率LED工矿灯重力管散热器的传热性能研究

LED具有环保、节能、体积小、使用寿命长等诸多优点,开始逐步取代传统光源.但是,目前LED的电光转换效率较低,工作中约有80%电能转化为热能.随着功率密度和集成度的增加,传统的冷却技术已难以满足其散热要求,散热问题已大大阻碍了LED照明的发展.针对上述问题文章研制了一种一体化重力管翅片散热器,并应用于大功率LED工矿灯.对散热器进行了性能测试,实验结果表明:不同功率下,重力管散热器启动性能良好,达到稳态的时间几乎都为36 min;散热器具有良好的均温性能,热端最大温差为3.19℃,冷端最大温差低于3℃.传热过程中,翅片热阻占总热阻的比例最大;实测加热器中心点温度都在83℃以下.     

针式翅片圆筒散热器的自然对流散热研究

对自然对流散热条件下的LED灯具常用圆筒型散热器散热性能进行了数值仿真研究,并对比了针形翅片散热器与平板翅片散热器的热性能.讨论了热源功率大小、针形翅片的高度和竖直方向的个数分别对散热器热性能的影响.研究中给出了翅片高度与散热器高度的比例系数.分析了在不同高度比例系数下散热器在热性能上的变化,最终确定了最优的比例系数以及分析了该比例系数下翅片总重量的减少量.仿真结果表明:比例系数较大时,针形翅片散热器重量比平板式翅片散热器重量小,然而两种类型翅片的散热器在热性能上没有显著的区别.     

小型平行板散热器阵列的传热特性

利用计算流体力学(CFD)方法对超级计算机机箱中的128个小尺寸平行板散热器的集总散热特性进行模拟,对散热器齿间距、齿厚、材料等参数进行了优化和研究;利用空气动力学理论建立了散热器热阻模型;得到了平行板散热器的散热经验公式、热阻及对流换热系数表达式.结果表明:机箱温度对散热器齿间距和齿厚的关系曲线是散热器传导热阻和对流热阻共同作用的结果,传导热阻和对流热阻随齿间距和齿厚变化的非单调性是造成该关系曲线坩埚状极值现象的根本原因,并且齿间距等形状参数是影响散热器对流换热系数的重要因素;比奥准则适用于大尺寸平行板散热器,但不适用于对流换热系数随齿间距而变化的小型散热器;该型平行板散热器齿间距和齿厚的最优尺寸经验范围分别为1.2~2 mm和0.1~1.2 mm.     

翅片参数对热管式动力电池模组散热性能的影响

针对动力电池模组在高放电倍率下由于散热不足引发的热安全性问题,以某方形锂离子电池为研究对象,设计了铝热管-铝板嵌入式电池热管理散热结构. 建立4因素3水平的正交试验方案,采用极差法和层次法相结合的分析方法,研究自然对流条件下电池模组的散热性能,分析了3C倍率放电时热管冷凝段翅片数量、翅片位置、翅片间距以及翅片尺寸的多参数耦合对电池模组最高温度的影响. 结果表明,翅片各参数对电池模组最高温度的影响权重主次顺序依次为：翅片数量翅片尺寸翅片位置翅片间距,翅片最优参数组合为A3B2C3D3. 在自然对流环境下,适当减小翅片间距既可保证散热效率又有利于电池散热系统的紧凑性. 同时对比分析不同对流换热条件对散热的影响,当翅片对流换热系数为55 W·m-2·K-1、翅片间距为9 mm时,即使在3C倍率加速工况放电时,电池模组的最高温度为40.57 ℃,最大温差为3.89 ℃.     

基于数值模拟的芯片冷却散热器结构优化

针对计算机芯片冷却的典型散热器进行了三维数值模拟,对比分析了4类散热器的芯片冷却性能及翅片厚度的影响,得到了性能较佳的散热器模型和翅片厚度值.结果表明:散热器对称中心区域换热效果较差,两侧区域换热效果较好,结构设计时可重点考虑对称中心区域的强化传热.相对于A型和B型散热器,采用C型和D型散热器时,对流换热系数有显著提高,C型散热器的基板加热面温度明显降低,芯片冷却效果较佳.翅片厚度为2 mm时,A型、B型和C型散热器冷却效果较佳,D型散热器翅片厚度最佳值为2.5 mm.该研究对20种不同结构尺寸的散热器进行定量对比分析,阐述了流动传热特性,为芯片冷却散热器的结构优化设计提供了理论依据和工程指导.     

多海拔下不同散热器翅片的性能分析

为研究海拔对车辆散热器翅片性能的影响,编写了基于Matlab的管带式散热器计算程序,在验证仿真程序正确的基础上,分别计算不同热物理条件下百叶窗翅片、平直翅片、波纹翅片、锯齿翅片4种常见翅片散热器在不同海拔地区的空气侧和水侧出口温度、空气侧压降、空气侧换热系数、散热量等参数;分析了海拔变化对不同翅片散热器散热能力的影响,对比了不同翅片散热器在变海拔下的散热特性和风阻特性.由综合换热系数可知,百叶窗翅片的散热能力最强,锯齿形翅片的海拔适应性最好.     

非对称热阻对温差发电器性能的影响

为了优化温差发电器的热阻,并提升其性能,研究了温差发电器两端热阻不同时的输出性能变化.利用不同导热系数和厚度的外陶瓷基板,模拟了温差发电器两端热阻,分析了两端热阻相同与不同两种情况下,温差、开路电压、输出功率随热源温度和负载电阻的变化规律.研究结果表明：温差发电器两端热阻相同时,其温差和开路电压随热源温度的增加而增加;两端热阻不同时,其开路电压和最大输出功率随热源温度的增加而增加;随着负载电阻的增加,有效温差也逐渐增加,功率则呈先增加、后减少的趋势;以两端热阻相同时温差发电器的性能数据为基准值,热端采用较小热阻的陶瓷基板更有利于提升温差发电器性能,且在最大输出功率附近性能提升效果更为明显,开路电压、最大输出功率和有效温差最大值分别增加了0.64 V、0.87 W和24.5℃.     

翅片间距对热沉散热功率的影响研究

通过数值模拟手段,对水平放置的热沉在自然对流条件下的散热状况进行了研究．研究发现在热沉的宽度不变的条件下,减少翅片间距（相当于增加热沉上的翅片数目）并不能增加热沉的对流散热功率．通过对比对热沉的数值模拟结果并结合理论分析可知,在水平放置的直翅片热沉中,在翅片间存在一个空气停滞区,该区域内空气几乎不流动,这个特点影响了热沉自然对流散热性能的发挥．随着翅片间距的缩小这个区域面积增加．翅片间距有一最佳数值,在该最佳间距下热沉散热功率最大;翅片间距超过最佳值时,将因减少翅片面积而降低热沉散热功率;翅片间距低于最佳值时,将因减小有效散热面积而降低热沉散热功率．     

基于有限元分析法的UV-LED固化散热仿真研究

为了解决UV-LED固化装置散热性能差的问题,对一款UV-LED固化装置的散热单元进行有限元分析。建立了LED阵列到散热翅片的热阻网络,采取控制变量法对UV-LED散热装置进行仿真模拟,研究了板翅式散热器和针翅式散热器的散热对比。结果显示,针翅式散热器具有更好的散热性能,在翅片排布为6×18、厚度为2 mm时,散热器的散热性能最好。固化装置的仿真模拟实验对大功率UV-LED风冷散热器的设计具有一定的参考价值。     

功率半导体器件风冷散热器热阻计算

基于散热器工作过程分析,提出一种新型的计算功率器件用散热器热阻的计算方法。计算过程中,先将散热器的传热过程分为体内传热过程和表面散热两部分,然后详细分析了每一过程,并给出描述每一散热过程的基本公式。最后利用散热器厂家给出的实测热阻曲线进行验证。计算结果表明,这种计算散热器热阻的方法具有简单、快捷、准确的特点。