金屬泡沫的自然對(duì)流換熱及其在LED散熱器的應(yīng)用.pdf

1、全球的照明能源消耗約占整個(gè)電力能源消耗的五分之一，LED（Light Emitting Diode）具有光效高、電耗低、壽命長(zhǎng)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，其推廣應(yīng)用對(duì)于節(jié)能減排具有重要意義。隨著單顆LED功率地不斷提升，LED的散熱問(wèn)題已經(jīng)成為制約其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。金屬泡沫材料是一種由連通的固體金屬骨架和孔隙組成的新型功能材料，具有高比表面積、高比導(dǎo)熱系數(shù)、低密度等特點(diǎn)，作為小型化、輕量化的緊湊型散熱器材料，對(duì)于LED散熱問(wèn)題是一種潛在的解決方案。<

2、br>　　LED的散熱主要分為封裝散熱和外部散熱兩部分，本文主要針對(duì)外部散熱過(guò)程，對(duì)金屬泡沫LED散熱器的自然對(duì)流換熱性能進(jìn)行了研究。在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際金屬泡沫的結(jié)構(gòu)特征，建立了面心立方體（face-centered cubic，F(xiàn)CC）單元結(jié)構(gòu)的金屬泡沫材料模型，利用CFD數(shù)值計(jì)算軟件，求得不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的金屬泡沫的滲透率和慣性系數(shù)，再將其作為 Fluent多孔介質(zhì)模型的流動(dòng)阻力參數(shù)，模擬了金屬泡沫LED散熱器的自然對(duì)流換熱過(guò)

3、程，分析了金屬泡沫材料結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)LED散熱器性能的影響。
　　設(shè)計(jì)并搭建了實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)兩塊不同尺寸的銅泡沫樣品進(jìn)行了自然對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)研究。
　　建立了基于FCC單元結(jié)構(gòu)的金屬泡沫內(nèi)的流動(dòng)阻力研究模型，通過(guò)數(shù)值模擬，分析了金屬泡沫結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)流動(dòng)阻力的影響。分析表明流動(dòng)中的壓降主要在孔隙之間的交界處發(fā)生，孔密度的增加會(huì)大大增加流動(dòng)阻力；通過(guò)計(jì)算壓力梯度與流速的關(guān)系擬合得到了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的金屬泡沫材料的滲透率和慣性系數(shù)。
　

4、　采用Fluent多孔介質(zhì)模型，對(duì)金屬泡沫LED散熱器的自然對(duì)流換熱性能進(jìn)行了研究，數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好，驗(yàn)證了 Fluent多孔介質(zhì)模型的適用性。研究發(fā)現(xiàn)Nu數(shù)除了隨Gr數(shù)增大而增大外，還與金屬泡沫的孔隙率、孔密度以及無(wú)因次高度有關(guān)，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，得到了第一類(lèi)和第二類(lèi)邊界條件下的金屬泡沫自然對(duì)流換熱準(zhǔn)則方程。對(duì)銅泡沫開(kāi)槽后的散熱性能進(jìn)行了模擬和分析，發(fā)現(xiàn)開(kāi)槽后Nu數(shù)比未開(kāi)槽時(shí)增大了8.65％。探討了應(yīng)用本文研究結(jié)果估算 LE