某型LED灯具散热器的优化

LED照明技术相比传统照明方式有着寿命长、发光效率高、无污染、能耗低等特点[1-2]．近年来已经有很多国内外专家学者对散热器进行了研究,LED灯的结温影响灯具的使用寿命,结温高则寿命越短[3].通过改变灯具的结构参数，如肋片长度、厚度、数量等,可以降低接结温[4]．文献[5]中通过优化发现在肋片表面开孔增加了散热效果;文献[6]中优化了针翅径向散热片的散热性能和质量,质量降到了原来的30%;文献[7]中在平行翅片型散热器上开缝,改善了散热器温度场和速度场的协同性,且减小了散热器的热阻．文献[8]是运

中职生正处于身心发展的重要时期，可塑性强，发展潜力大，这一时期是他们世界观形成的关键时期，特别是自我意识的发展比较突出，成人感与独立性增强，要求别人尊重他们的人格和意愿。班主任在教育有过错的学生或处理违纪学生过程中，如果没有遵循中职生的心理特征和年龄特点，给予其过多的批评或过于严厉的处罚，必然使学生在感情上难以承受，引起学生反感，产生对立情绪，影响教育效果，受批评的学生很有可能转化为差生。因此，教育失误后加强学生思想工作非常重要。

用正交实验法,设计了一款新型散热器．翅片参数达到最优,文献[9]中分析了几何因素对型材散热器散热的影响,通过改变散热器的几何参数降低了散热器的热阻,获得了较好的散热效果．

文中在文献[10]的基础上,进一步围绕某型LED灯具散热器优化设计方案,分别以肋片形状、肋片个数、肋片厚度、肋片高度对芯片结温与散热性能的影响进行研究,以期获得满足该型散热器散热要求的肋片个数、厚度、高度的取值范围．最后综合最小热阻及最轻质量作为优化目标得出该型LED灯具散热器的最优结构参数．

1 散热器参数对散热器散热的影响

文中分析的LED灯具参数见表1,三维实体视图见图1．

[ 6 ] JANG D, YU S H, LEE K S. Multidisciplinary optimization of a pin-fin radial heat sink for LED lighting applications[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2012, 55(4): 515-521. DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.11.016.(in Chinese)

 

表1 某型LED灯具的几何尺寸Table 1 Geometric size of a certain type LED lamp

  

LED灯具参数值总功率/W5×1LED芯片直径/mm5×2铝基板直径/mm2铝基板厚度/mm2肋高/mm48肋厚/mm1肋片数目40相邻肋片夹角/(°)9

  

图1 某型LED灯具三维视图Fig.1 Three dimensional view of a certain typeof LED lamps

畅想未来是件幸福的事情，“将来我们老了如何安度晚年？”“第二套房什么时候买？”“孩子去留学怎么样？”这些都是夫妻间最津津乐道的话题。这些重大的目标是极好的家庭凝聚力的来源。而这些重大理财目标的确定，也多半是在结婚前3年之内。树立目标，提出规划，并在力所能及的前提下展开实施，这绝对是从理财角度对于婚姻的莫大帮助。

从图8可以看出：ω1为0.5时f的取值最小,即表6中肋片高度为44 mm,肋片数量为36,厚度为1.2 mm的散热效果最好,在达到优化效果的同时与原模型相比,降低了散热器的材料,达到成本与散热性能的良好匹配．从表6可以看出，优化后的模型质量较原模型质量减轻3%,从表5看出优化后散热器的结温温度较原模型降低3℃．

1.1 直肋片与弯肋片对散热器散热的影响比较

首先，将环纵弯曲肋片与环纵直肋片进行比较,边界条件设置如下:在散热器周围选取足够大的空间作为空气流动计算区域,设置环境温度为30℃,灯珠与铝基板接触面设为等热流边界条件,每个灯珠功率设为0.8 W,灯珠表面除热源面以外设置为绝热壁面,灯罩内铝基板表面由于封闭空间空气不流通设置为绝热壁面,其余与空气接触的壁面按耦合面定义，即在固体边界上流体的速度等于固体表面的速度.

气固耦合边界上连续条件为：

 

(1)

式中：Kcond为固体的导热系数；nwf为换热表面的外法线；qconv是局部传递的热量；hconv为局部对流换热系数；Tf为流体温度；Tw为壁面温度．边界条件设置如图2．

  

图2 边界条件设置示意Fig.2 Schematic of the boundary conditions

模拟出的散热器温度场结果见图3、4．

  

图3 弯肋片的温度分布Fig.3 Temperature distribution of curved rib

  

图4 直肋片的温度分布Fig.4 Temperature distribution of straight rib表2 两种散热器散热对比Table 2 Comparison of heat sink for 2 kinds of radiator

  

散热器最高结温/K肋片表面平均温度/℃散热面积/m2等效平均传热系数(W·m-2·K-1)环纵弯曲肋片34053.50.0253.3环纵直肋片342.856.50.0232.9

根据表2可知：环纵弯曲肋片相比于环纵直肋片,对流散热面积增加了8.6%,最高结温下降了2.8℃，等效平均传热系数增加了14.2%,对比图3、4的散热器的温度分布，得出了环纵曲肋片比直肋片有更好的温度分布和梯度变化,环纵弯曲肋片有更好的散热能力．

1.2 肋片数量对散热器散热的影响

文中散热器的肋片数量按整数分角,肋片数量n取20、24、30、36、40．为了更加直观地比较不同数量的肋片与最高结温T的关系，绘制了曲线(图5)．

  

图5 肋片个数与芯片最高结温关系Fig.5 Rib number and chip maximum junctiontemperature relationship

通过模拟结果可以得出不同数量肋片的散热器的温度分布规律基本一致．从图5可知，当肋片数量达到36时,继续增加肋片数量,结温反而上升．这是由于肋片数目的增加,减少了肋片间流体通道的截面积,影响了空气流速,最终影响了散热效果．为了保证散热效果肋片的数目应选取36左右．

1.3 肋片厚度对散热器散热的影响

比较肋片厚度对散热器散热影响时,肋片厚度与上文肋片数量的变化都会影响到流体通道的截面积,原模型肋片数量限制了肋片厚度的取值范围,为了更加直观地观察出肋片厚度变化对散热器散热效果的影响,文中肋片数量取24作为研究基础,由于肋片厚度d受到工艺限制,最小厚度取1 mm，其余厚度取1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.2、2.4 mm，散热器其他参数不变．

通过模拟结果得出不同厚度的肋片,温度分布规律基本一致．从芯片到肋片肋端,温度逐渐降低,芯片附近温度梯度较大,热量沿着散热器基座及肋片长度方向传递．图6可知，随着肋片厚度增加,肋片的温度与结温首先显著下降,当厚度达到2.2～2.4 mm时肋片间距非常小,造成流体粘滞作用非常明显,对流受到极大的限制,影响散热器的散热效果．为了使相邻两肋片的热边界层不互相干扰,必须保证足够的空隙,肋片厚度过大,不仅影响散热还使得质量增加．但考虑到散热器肋片采用铝挤压工艺成型,厚度不能小于1mm,综上肋片的厚度宜选择1～1.6 mm．

  

图6 肋片厚度与最高结温关系Fig.6 Fin thickness and maximum junctiontemperature relationship

1.4 肋片高度对散热器散热的影响

最后改变肋片高度,研究肋片高度对散热器散热的影响,肋片高度h取42、44、46、48、50、52 mm．

从图7可以看出：随着肋高的增加,芯片结温并没有显著下降,而是趋于一个固定值,肋高增加4 mm;结温下降0.2℃,过高的肋片导致热量不能及时传递到肋片顶端,同时也增大了散热器的体积,增加了质量,综上肋片高度取值在44～46 mm能够满足散热要求．

  

图7 肋片厚度与芯片最高结温关系Fig.7 Fin thickness and chip junctiontemperature relationship

2 散热器结构优化

在此基础上,总结了不同结构参数对散热器的散热性能产生影响.而且这个影响是非线性的[11],需要找出最佳匹配方案,从结温、热阻、用料成本综合进行优化分析．具体将原散热器设为基准参考散热器,采用枚举法列举出9组优化结构参数方案,采用式(2)的评价准则来评价散热器的性能[6].f为表征散热器性能的参数,f越小匹配性越好,散热的效果越好．9组优化结构详细参数见表3～5．

 

(2)

 

(3)

 

(4)

式中：Rth为散热器热阻；Rthref为参考散热器热阻；Tref为参考温度；A为散热器对流换热面积；ω1、ω2为比例系数，ω1+ω2=1；Mref为参考散热器质量.当ω1较大时，评价准则更多考虑的是散热器的热阻,而当ω2较大时候，评价准则更多考虑的是散热器的质量．

 

表3 散热器的几何参数Table 3 Geometric parameters of heat sink

  

编号高度/m厚度/m数量10.0480.0014020.0480.0013630.0440.00153040.0440.00104050.0440.00123660.0440.00143670.0440.00163680.0440.00143090.0440.001630

 

表4 散热器表面积、体积、质量Table 4 Surface area, volume and quality of heat sink

  

编号A1/m2A2/m2V2/m3A1/A2A2/V2M/g18.56e-42.5683e-21.582e-533.3297e-31.624e+3427.128.96e-42.3567e-21.486e-538.0197e-31.586e+3401.139.56e-42.0393e-21.342e-546.8799e-31.520e+3362.348.56e-42.3550e-21.465e-536.3487e-31.607e+3395.658.96e-42.1617e-21.536e-541.4483e-31.408e+3414.668.96e-42.1625e-21.694e-541.4329e-31.277e+3457.478.96e-42.1629e-21.773e-541.4251e-31.220e+3478.889.56e-41.8705e-21.377e-551.1088e-31.358e+3371.999.56e-41.8715e-21.575e-551.0812e-31.188e+3425.3

注：A1为铝基板自然对流散热面积；A2为肋片自然对流散热面积；V2为散热器的体积；M为散热器的质量

 

表5 散热器温度Table 5 Temperature of radiator

  

编号Tmax/KTmin/KTavg/KTavg-T0/K1333332327.5024.352332322327.0023.853331321326.0022.854333322327.5024.355330319324.5.021.356332321326.5.023.357335323329.0025.858333321327.0023.859331321326.0022.85

注：Tavg为平均温度；T0为初始壁面温度30℃；Tmax为散热器最高温度;Tmin为散热器最低温度

 

表6 公式(2)优化方案计算数据Table 6 Formula (2) optimization scheme calculation data

  

编号ω1ω2Rth/RthrefM/Mref10.10.920.20.81.1619077730.93930730.30.71.0301589401.07586740.40.61.1784009230.92639450.50.50.9756427330.97090360.60.41.1340444791.07104770.70.31.2663585891.17119180.80.21.3970147340.95421290.90.11.1131620381.037665

(3) 优化后散热器模型的结温比原模型降低了3℃,质量较原模型减少3%．

采用焊接电流70～110A，电弧电压10～16V，焊接速度40～95mm/min，层间温度＜58℃的工艺进行焊接。焊接接头根部焊道使用ϕ2.4mm的焊丝打底，填充及盖面层焊道使用ϕ1.6～ϕ2.4mm的焊丝打底。热输入量要小，不得超越工艺规程中热输入量的要求，填充、盖面时的热输入量不得高于打底时的热输入量。

  

图8 f随ω1的变化情况Fig.8 f changes with ω1

“精忠冲日月，义气贯乾坤。面赤心尤赤，须长义更长。”提起大英雄关羽，大家一定非常熟悉。关羽是三国时期蜀国的“五虎大将”之一，帮助刘备四处征战，过五关斩六将，督师荆州。他的忠杰大义，在历史上流传千年不衰。

3 结语

(1) 基于散热器肋片温度场及外空间流场与温度场进行耦合计算和分析,获得了不同结构参数对该型散热器散热的影响规律及满足该型散热器散热要求的肋片个数、厚度、高度的取值范围．

(2) 综合最小热阻及最轻质量作为优化目标,该型散热器优化后肋片高度为44 mm,肋片数量为36,厚度为1.2 mm．

在表6基础上可进一步从式(2)得到图8．

图4对比图3，可以清楚地看出两地股市对信息冲击存在持久的后续影响，在第10天作用才逐渐消失，深市对港市冲击的响应轨迹总体呈正负交替，响应幅度不大，但后续影响时间长，在第5天有个0.07的负向冲击后，立即向0回归；港市收益率对深市的冲击依然保持迅速的反应力，当深市收益率增加0.43个单位，随后的响应函数值迅速接近于0，冲击作用依然在当期达到最大，之后存在正负交替的冲击作用，在第4天产生一个明显的0.16的正向冲击。港市具有完善的信息披露制度，价格能充分反映真实信息，波动的响应轨迹会迅速收敛。由“深港通”开通后两地股市的响应轨迹，两地股市的相依性得到加强，冲击的后续影响力作用明显。

文献[10]中，在建立分析模型可靠性的基础上,通过散热器肋片温度场及外空间流场的详细计算和分析,获得了肋片温度分布及肋片周边冷却气流流场及温度场分布,初步分析了散热器散热特性,指出了该型LED灯具散热器存在的不足与问题,文中在此基础上以表1中模型的参数作为基础,通过控制变量法进一步考察分析不同结构参数对散热器散热的影响规律．

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凌云早在2004年就已经引入ISO 9000质量管理体系，运行期间不断优化完善，质量管理也由最开始的重点管控来料与成品合格率，到以产品质量保证、预防控制质量风险为主，再到如今的以工作质量保证产品和服务质量为主。姚毅表示：“质量是凌云赖以生存的基石，是达成客户满意的首要条件。凌云严控质量，不仅出于对自身品质的要求，更是对客户的进一步服务。”

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半个多世纪以来，这三个梦想正一步步变成现实。而英国数学家阿兰·麦席森·图灵为实现梦想奠定了基础。图灵在布莱切利公园草拟了下国际象棋的计算机程序。从那以后，国际象棋的人机对弈变成了计算认知的新战场。

2.7 保持树势中庸 果园平衡施肥，减少氮肥施入，减少激素喷施，调节叶果比，前期适度低温管理等措施均可保持树体稳健中庸，协调生长，从而有效防止枣果萎蔫。

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提起西夏文明，最早发现西夏文字的是清代学者武威人张澎，他于1804年于武威大云寺中发现了“重修护国寺感应塔碑”，即俗称的西夏碑。如果说“西夏碑”的发现与中外学者对西夏文字的判定，是西夏学的启蒙阶段的话，那么，20世纪初，西夏考古在黑城的重大发现，则是西夏学产生的标志。

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