基于LED应用平板热管散热器数值探究

1、基于led应用平板热管散热器数值探究摘要：本文提出了一种应用于室外led的新型平板 热管散热器。为了证明平板热管散热器在高功率led散热方 面的优势，利用商业软件star-cd对其的散热情况进行了数 值模拟，并与相同结构的铝制散热器以及热板-铝翅片散热 器进行比较。并通过对初始模型的底板热源布置方式及外部 结构进行调整，得出了 一款结构优化并符合led散热要求的 平板热管散热器。abstract : this paper presents a new outdoor led-based flat heat pipe radiator in order to prove its adva nt

2、age in eff icie nt hea. t dissipa tion, its hea t dissipation capacity is simulated by starcd commercial software, compared with the same structure of the aluminum radiator and the hot plate-finned aluminum radiator. and the layout and external structure of baseboard heat source of initial model is

3、adjusted, and the structure is optimized and it is suitable for the led heat dissipation.关键词：平板热管；散热；数值模拟key words： flat heat pipe； heat transfer； numericalsimulation中图分类号：tu832. 2+3文献标识码：a文章编号:1006-4311 (2013) 23-0061-020引言近几年以来，由于热管具有体积小、质量轻以及传热效 率高等特点已经成为人们关注的焦点。作为一种新颖的传热 原件，为热量从很小的截面高效地传递到较大表面提供

4、了捷 径。1数值模拟为了证明平板热管散热器在散热方面的优势，根据散热 器材料不同，将平板热管散热器与其余两种情况进行比较计 算。此时热源在平板中心处(40mmx 160nnn)布置。1. 1物理问题散热器中底板尺寸为400nnnx 160mmx6mm,上加间距为5mm,高为40mni的翅片，翅片厚为0. 3mm,总数为32片。摆放位置与地面成30度角。模拟计算中的传热过程主要是: 散热器底板工质受热后发生相变，汽化的液体工质一部分通 过金属薄片之间的微槽到达微槽上部，冷凝释放潜热；另一部分通过金属薄片表面的通孔到达底板上部，冷凝释放潜 热。然后通过热管壁的导热将潜热传递给翅片，最后通过翅 片与

5、周围空气的自然对流换热将热量传递给环境。1. 2网格划分计算采用非均匀性网格划分，散热器及较近部分的空气 的网格划分比较密集，较远处空气的网格划分比较稀疏，这 两部分的网格利用star-cd中couple的命令连接，计算模 型中固体网格为106120,流体的网格为704248，总网格数 为 657688c1. 3边界条件边界条件的设置为：给定散热器周围环境温度，平板底 部中心处热流密度固定。1.4数值模拟结果及分析材料散热器底部平板的底板温度趋势相同，都是由中心 向两侧逐渐降低。然而，底板与翅片全为热板的情况下最高 温度为118.31,比相同结构的铝制散热器底板温度133. 4°c

6、低15. 1°c,这充分说明热板散热器的确具有较好的散热能 力。2散热器外部结构优化本文中对平板热管散热器的设计要求是：散热量在150w 时，底板温度低于75°co为了满足设计要求，并尽可能的提 高散热器的散热效率，以下将对散热器进行优化设计。2. 1底板热源的布置方式采用数值模拟方法，根据实际情况改变底板热源的布置 方式。带有翅片的热板在第二种热源交叉布置的情况下， 当翅片高度不变时（40mm）,随着翅片间距的变化，从5mm, 8mm, 10mm, 12mm,到15mm,底板温度也随之变化，其中翅 片间距为10mm时，底板温度最低为105.438°c,比最高值

7、113. 452°c下降了约7. 6%；经计算，此种情况下换热系数相 对较高为5. 730w/m2 k,翅片高度为40mm,间距为10mm约 为最低值2. 508w/m2 k的2. 28倍。在不改变翅片间距的 情况下(10mm),当翅片高度沿40mm, 36mm, 30mm, 20mm变 化时，热板底部温度逐渐升高，由105.438*变化到 14& 685°c,增加了约29%；翅片温度也增加了约29%。翅片 间距为10mm,高度为40mm时，翅片间流动较好。因此得出结论：当翅片间距为10mm,翅片的高度为40mm 时的换热和空气流动最好。2.2底部平板面积调整通过计

8、算，得到了最优的散热器结构，接下来将对平板 热管的底部面积进行调整，以便于更好的满足led器件对温 度(65°c-75°c)的要求。由模拟结果可以看出，当底板尺寸为 500mmx400mmx3mm时，散热器的底板温度为72°c,基本达 到led器件对温度的要求。3结论与展望 本文针对一种新型平板热管散热器建立了数学模型 并进行了模拟计算。计算结果表明，这种平板热管散热器与 普通铝制散热器和热板-铝翅片散热器具有明显的散热优越 性，由此证明了本文对此种散热器建立数值模型进行计算是 有必要的。 另外，本文针对led器件的实际应用，对这种新型平 板热管散热器进行了结构优

9、化，最终得到了一款最优结构的 散热器。 本文对于平板热管散热器的研究只考虑了平板内部 的导热以及平板与周围空气的自然对流换热，因此在接下来 的工作中将考虑辐射对散热的影响，并根据发射率的不同来 对其进行优化。文中模型的计算并没有达到完全满意的结 果，因此将考虑对模型作进一步调整，比如将热板竖直立于 铝板上，从而在其两侧加设翅片以增加散热面积。参考文献：1 hsu c c, wang s j, liu c y. metallic wafer and chip bonding for led packaging in： proc 5th pacific rim conference on lase

10、rs and electrooptics, vol 1. taipei： ieee, 2003. 262 余彬海，李绪锋.倒装芯片衬底粘接材料对大功率 led热特性的影响半导体技术,2005, 30 (6)： 49-51, 55.3 acikalin t, garimella s v, petroski j, et al.optimal design of miniatore piezoelectrie fans for cooling light emitting diodes in :proc ninthintersocietyconfereneeon thermal andthermomechanical phenomena in electronic systems, vol1. new york： ieee, 2004： 663-671.4 chen j h, liu c k, chao y l, et al. cooling pe