LED照明由于其节电、环保、长寿命,而被公认为下一带照明技术,将取代现有的各种照明技术。LED为冷光源,怕热,有80%之多的电能转化为热能,必须有散热措施,虽然LED发光技术已有飞跃发展,有每瓦发光达200lm的报道,但LED散热却是LED照明中非常头痛,但又还没得到有效解决的问题,成了LED照明灯普及发展道路上的拦路虎。
降低流动阻力系数α,能有效降低流动阻力。当散热片的肋片,上下竖立设置,空气由下向上直接穿过散热片时,低温空气直接进入散热肋片,由公式(4),有利于对流传热;空气的流动方向与浮力方向一致,阻力最小。因而散热片应设计成上下贯通的结构,避免空气弯曲流动,涡流出现。依据公式(3),流动阻力与空气在散热片中的流速的平方成正比,因而降低流速能有效降低流动阻力。增大空气在散热片中的流通面积,既能不减小空气流量M,又能降低流速。太阳花式结构散热片,如图5所示,LED芯片将集中在中心导热柱截面上,不仅发热源(LED芯片)离散热肋片根距离近,则导热柱内导热热阻小,而且LED芯片集中,所占的截面积小,即空气的有效流通面积大,因而有利于流动阻力减小。这说明:太阳花式结构的散热片,是LED灯散热的最佳结构。从制造方面讲,采用铝挤出工艺,制造出太阳花铝型材,再裁切就成了散热片,可制造出各种外形的散热片,生产效率高,工序少,造价也就低。
由公式(2)分析:如果散热器的体积V一定,所占空间尺寸一定,散热器中的空气温度Ta提高,有利于提高浮力F,但从公式(4)得出,却不利于散热肋片与空气的对流传热(即散热)。从公式(4)中分析,通过增加散热肋片数量(即肋片密度),来提高散热面积S,有利于提高散热量,但从公式(3)分析,却相应地提高了流动阻力?.
以上分析说明:在自然对流传热中,通过增加散热肋片密度(减小肋片之间的间隙)来增加散热面积,以达到提高散热量的目的,但存在着相反、矛盾的因素,因而散热量提高有限,甚至有可能得到降低散热量的相反结果。可以得出结论:当散热片所占空间尺寸一定时,存在一最大自然对流散热量,相对应就有着最佳肋片结构(肋片密度),最大散热量与散热片的流通截面积成正比。本文作者经过大量的实验证实了该结论,并总结有最佳肋片密度的计算经验公式,可以计算出优化的LED灯散热片。
四、自然对流散热强化提高
在散热片的上方设置对流罩,如图6、7所示,利用烟囱的抽吸原理,提高空气流经散热片的流量,来达到散热量的强化提高。
对流罩产生的抽吸力(即浮力),可以通过理论计算来分析,如图8所示,采用控制体积法来分析,根据控制体内动量平衡原理,可以推导出:
F=∫V gρo(1- ) dv =ρ2 B +ƒ (5)
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