LED燈具散熱建模仿真關(guān)鍵問(wèn)題研究（二）

4 散熱材料導熱系數和輻射率

4.1 散熱材料導熱系數

材料的導熱系數高低反映的是材料熱傳導能力的強弱，熱傳導是影響散熱的最根本因素，它決定了LED 燈具產(chǎn)生的熱量能否有效、快速傳遞到燈具散熱表面。不同材料的導熱系數因其物理屬性、生產(chǎn)工藝等有所不同。仿真分析14W LED PAR30 射燈，采用不同導熱系數的散熱材料，對LED 燈具的工作溫度產(chǎn)生的影響，仿真結果如圖9所示，說(shuō)明材料的導熱系數越高，最終的LED 燈具工作溫度越低，散熱效果越好。

4.2 散熱材料輻射率

不同材料的熱輻射系數γ 是不相同的，即使是同種材料不同表面處理工藝，其熱輻射系數也不盡相同[14],因此在CFD 散熱仿真時(shí)，必須明確材料及其表面處理情況。仿真分析了7W LEDPAR16射燈的散熱器表面輻射系數分別為0.95、0.9、0.85、0.8、0.7、0.6、0.5 的溫度場(chǎng)情況，圖10 和圖11 給出了LED 工作溫度、散熱器平均溫度隨散熱材料輻射系數的變化趨勢。觀(guān)察仿真結果可以發(fā)現，當材料輻射率在0.80以上變化時(shí)，LED 工作溫度、散熱器平均溫度并未出現較大的變化，說(shuō)明對于鋁制散熱器，材料輻射率達到0.80 即可;而當材料輻射率在0.80以下時(shí)，LED 最大溫度、散熱器平均溫度隨材料輻射率呈線(xiàn)性變化關(guān)系，輻射率越低，溫度越高。因此，在產(chǎn)品散熱材料選擇時(shí)，可以表面輻射率0.80為參考。

5 仿真數據與實(shí)驗室測量驗證

利用CFD 仿真軟件分別對7 W LED PAR16射燈、14W LED PAR30 射燈進(jìn)行散熱仿真，根據實(shí)驗室環(huán)境溫度，將室溫和固體初始溫度均設置為29℃，仿真結果如圖12、圖13所示。實(shí)驗室溫度測量采用8通道熱電耦測溫儀TP700,測量環(huán)境為無(wú)人走動(dòng)恒溫密閉實(shí)驗室，環(huán)境溫度為29℃。將實(shí)驗室溫度測量結果與CFD 仿真結果進(jìn)行比較，如表1、表2所示。

通過(guò)表1和表2的比較可以得出，仿真溫度與實(shí)驗室測量溫度誤差最大也僅有4.17 ℃，最小為0.17℃，說(shuō)明本文所建立的LED 燈具散熱模型比較符合實(shí)際工作情況，仿真精度比較高。同時(shí)，通過(guò)仿真還發(fā)現LED 燈具驅動(dòng)電源工作溫度過(guò)高，在后續產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中還可以有針對性地解決電源散熱問(wèn)題，提升LED 照明燈具產(chǎn)品的壽命和可靠性。

6 結論

邊界條件設置、熱阻計算、熱量載荷分析和散熱器等問(wèn)題是LED 燈具CFD 仿真分析中的關(guān)鍵步驟，需要結合實(shí)驗室溫度測量進(jìn)行驗證和修正，才能得出較為準確的散熱模擬仿真分析結果。CFD 散熱仿真結果對LED 燈具開(kāi)發(fā)設計具有重要的參考價(jià)值和指導作用，可以縮短研發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)設計費用、提升LED 燈具產(chǎn)品的可靠性和競爭力。