在現(xiàn)有LED路燈散熱結(jié)構(gòu)中，多采用導(dǎo)熱板方式，即一定厚度的底板作為均溫板，先把熱源均溫掉;這部分主要起到熱傳導(dǎo)的作用，將LED產(chǎn)生的熱量從燈具內(nèi)部導(dǎo)出。再借由外部翅片將熱量散發(fā)出去。然而外部翅片散熱機(jī)理，即在何種形態(tài)以及比例下散熱效果會(huì)最佳，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)對(duì)此類(lèi)問(wèn)題的進(jìn)一步研究與優(yōu)化。
為了說(shuō)明傳導(dǎo)與對(duì)流對(duì)散熱的影響，本文利用ANSYS對(duì)單個(gè)LED的散熱過(guò)程進(jìn)行了分析。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，總的長(zhǎng)度是不變的。整體散熱過(guò)程是熱傳導(dǎo)與對(duì)流相互作用的結(jié)果，為了說(shuō)明各自的影響，姑且將翅片劃分為傳導(dǎo)部分與對(duì)流部分來(lái)分析。試驗(yàn)中，將假設(shè)的非傳導(dǎo)部分細(xì)化，以增加其對(duì)流面積。利用ANSYS對(duì)單個(gè)LED下總散熱柱的長(zhǎng)度為50 mm的模型進(jìn)行了熱分析，結(jié)果見(jiàn)表7。
表7 溫度與“傳導(dǎo)長(zhǎng)度”的關(guān)系表
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由以上結(jié)果可知，并不是“傳導(dǎo)長(zhǎng)度”越長(zhǎng)，溫度就越低;因?yàn)椤皞鲗?dǎo)長(zhǎng)度”越長(zhǎng)，相應(yīng)的對(duì)流并不是最好的，在整個(gè)散熱過(guò)程中，這兩者相互制約，只有在兩者選取都非常合理的時(shí)候，才能得到最佳的效果。正如此試驗(yàn)中選取的“傳導(dǎo)長(zhǎng)度”為40mm時(shí)，得到了最低溫度56.504℃，如圖4所示。
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圖4 最佳“傳導(dǎo)長(zhǎng)度”溫度分布圖
2.3 結(jié)果驗(yàn)證
結(jié)合以上試驗(yàn)分析結(jié)果，在充分考慮LED路燈產(chǎn)品的外觀、散熱片質(zhì)量、強(qiáng)調(diào)熱傳導(dǎo)與對(duì)流散熱環(huán)節(jié)的平衡等因素后，對(duì)LED路燈產(chǎn)品的散熱片結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。由表8可知，參數(shù)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)首先減小了散熱器的質(zhì)量，其質(zhì)量由10.41kg下降為8.82 kg，比原有的減小了15.3%。圖5為散熱器改良前的結(jié)構(gòu)圖。
表8 改進(jìn)結(jié)構(gòu)前后參數(shù)對(duì)比表
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圖5 散熱器結(jié)構(gòu)圖
利用ANSYS分析軟件和紅外熱像儀對(duì)兩種產(chǎn)品進(jìn)行了熱分析和實(shí)測(cè)，其結(jié)果分別如下圖6、圖7所示。
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圖6 ANSYS 熱分析溫度場(chǎng)分布圖
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圖7 散熱器實(shí)物與紅外實(shí)測(cè)圖
由上圖可知，利用ANSYS分析的結(jié)果，溫度由63.325℃降為53.325℃，降幅為10℃;而實(shí)測(cè)結(jié)果的溫度則由66.7℃下降為54.8℃。降幅為11.9℃。模擬結(jié)果中溫度分布與實(shí)測(cè)溫度分布基本相符，溫度范圍稍小于實(shí)測(cè)溫度范圍，這主要是由于模擬過(guò)程中忽略了界面熱阻、芯片與管殼粘接材料的熱阻以及MCPCB與散熱器之間粘接材料的熱阻。