散热计算模型设计和实现.docx

《散热计算模型设计和实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《散热计算模型设计和实现.docx（6页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、散热计算模型对灯具的热传导计算方法进行了讨论，提出对于灯具的散热计算方法使用等效电路的热阻法计算，可以直接算出灯具内温度关注点与环境温度的温差。有利于判断导热结构是否可行。文中还用一个1ED灯具散热计算实例说明了这种计算过程。1uxeon大功率1ED在散热性能方面大大地优于普通的小功率1ED,电通道和热通道分离开,它的1ED芯片都连接在一个金属的嵌片上，散热性能得到很大的改善。但是，大功率1ED用于特种灯具，或用于恶劣环境使用的灯具，这些灯具的外壳防护等级一般都在IP65以上，如果外壳为非金属（如塑胶）材料，尽管1ED连接上了铝基板（MCPCB）,但铝基板上的热量如果不能被有效地传导至外壳表面

2、，则聚集的热量会使铝基板的温度急剧上升，导致温度过高，增加了1ED失效的可能性，造成1ED光衰加剧,寿命缩短。理论上计算灯具散热的情况，灯具的导热理论有许多困难，主要的困难是传导和对流同时对热传导起着作用，而对流是在密闭空腔内的对流，边界条件十分复杂；传导也是要通过多层导热物质、多层界面，截面积通常又是不等的，导致热流线分布的情况很难在计算之前就能通过分析得到。由于灯具是在开启后逐渐升温，最后达到热稳定状态，也就是说，热稳定状态时各点的温度最高，所以灯具的散热计算一般只考虑稳态的情况，瞬态的温度分布情况并不重要。对于稳态含热源在各向同性的单一介质中的导热服从Poisson方程1:+j-k2TG

3、2T2TOx?+y2+2式中为介质的导热系数，q为热源的发热功率。由于灯具的结构是多种介质，所以在实际计算中，必须对每一种介质逐一求解上式，计算灯具内的温度场分布是十分困难，而且是没有必要的。实际上，我们所关心的是某些部位的温度是否在可以容忍的温度范围之内，只要计算出这些部位在达到热稳定时的温度即可。本文对效等电路的热阻算法进行了探讨，热阻算法的好处是无需知道确切的环境温度,也不必求解灯具内的温度场，直接计算灯具内关注点的温升，困难是热流线的分布必须通过分析而不是计算得到，而这一过程往往又是很复杂的。下面以一个实例的计算来说明等效电路的热阻算法。灯具要求的基本结构如下图，1ED处于密闭的塑胶外

4、壳内，右侧的绝热层较厚，比较起其他部分导热，其导热基本可以忽略不计，热量主要通过支撑架、塑胶外壳、橡胶外套，然后通过外部空气对流散到空气中。1.简化模型：(1)铝基板视为一个等温热源；(2)支撑板与与铝基板之间有一个附加导热层；(3)由于塑胶的热导率比空气的热导率高得多，所以，空气的导热可以忽略不计；(4)支撑板与塑胶外壳之间有一层附加导热层(5)塑胶外壳与橡胶外皮之间为紧密接触(6)铝基板与外壳之间的对流导热可以忽略不计2所以总热阻：R=R1+R2+R3+R4+R5+R6其中Ri为支撑板与铝基板之间的附加导热层的热阻；R2为支撑板的热阻；R3为散热板与塑胶外壳之间的附加导热层的热阻；&塑胶外

5、壳的热阻；Rs为椽胶外皮的热阻；R6为橡胶外皮处于空气中对流换热的热阻口。2.计算下面分别计算各部分热阻：nId111.510-4Ci、R1=Z-=0.619(K/W)kiA10.70.0105223R.=In=0.7841=63.03(K/W)k21d210.50.3320.0061d.10.0001/、1=0.1648(K/W)才34072X0.0230.006J0.003-0.330.02450.006=9.841(K/W)，或=J二3。33k5A50.3320.02650.006(K/W)上述各式中，ki(i=1,2,3,4,5)为各介质的导热系数；Ai(i=1,2f3,4,5)为各介

6、质的导热等效截面积；di(i=1,2,3,4,5)为各介质的导热长度；%4%cPr)%4=9.6850.05420.67W60.53IO50.0270.03(KW)上式中，为平均换热系数；1为定性长度，在大圆柱对流换热情况下,通常取圆柱直径；Gr1和Pr分别为无量纲的格拉晓夫数和普朗特数，不同情况下的数值可以查表获得;C为适配系数，在层流的情况下通常取0530.54;A6为对流换热的有效面积；%为空气的导热系数。于是总热阻为R=RI+R2+R3+R4+R5+R6=86.37(WK)1ED约有IW的功率变成热量则铝基板的温升为：T=(T2-T)=qR=86.37(K)其中T2为铝基板温度,Ti为

7、环境温度。若环境温度为40,则铝基板的温度将要达到126,此时1ED的结温达到166,根据1umi1eds公司的1uxeonRe1iabiIity一文中介绍，1uxeon1ED的失效与温度的关系为：这样高的温度1uxeon的失效几率比结温120时失效几率大92854倍，接近10万倍。这种温度下运行可靠性很差，所以这种导热结构不可行。从各个热阻分量看，主要的热阻是支撑板的传导热阻，改进必须是针对它的结构改进。若采用另一种热传导结构，取消塑胶的支撑架，换成03mm厚的电解铜散热板，如下图：其它部分不变，电解铜散热板的热阻为：R2=-1II1二=-0.7841=1.078(K/W)k2r110.53

8、860.0003电解铜散热板的折边有6mm,这部分的等效热阻为:0_1%_10,003穴7k1A13862X0.0230.0003于是，总热阻变为：R=Rx+Ri+R4+R5+R6+R1=24.60(W/K)T-(T2O=qR-24.60(K)若环境温度为40,则铝基板的温度I罐达到64.6,此时1ED的结温达到104.6oC,从理论上说，这种热传导结构是可行的。下表是两种结构温度试验与理论计算结果对照支撑架结构电解铜散热板结构环境温度（C）铝基板温度（C）环境温度CC）铝基板温度（C）理论计算401264064.6试验39.5127.339.872.33.讨论从上面计算可以看出，采用等效于电路的热阻计算法，选取合适的简化模型，对于不同热传导结构中，温度关注点的温升进行计算，可以在开模具之前判断热传导结构的优劣，同时可以根据各部分热阻的计算结果判断主要的结构改进方向，这对于指导和改进结构设计具有实际的意义。