环境温度及风速对LED照明产品散热的影响分
前言
本文引用地址:技术的迅速发展对其在照明领域的应用起到了极大的促进作用,大功率LED照明产品的开发成为热点。但是,由于LED本身发热量较大,并且属于温度敏感器件,结温升高会影响LED的光效、光色(波长)、色温、光形(配光)、正向电压、最大注入电流等光度、色度和电气参数以及可靠性等,因此,散热设计是LED照明产品开发的关键技术之一。
目前LED照明产品大多采用自然对流冷却(散热)方式。相对于强制对流冷却方式,自然对流冷却的电子产品其辐射换热量所占比例较大,其散热受环境风速的影响也较大。所以,分析环境温度(对热辐射影响较大)及风速对自然对流冷却的LED照明产品散热的影响十分重要,对LED照明产品的热分析及热测试都具有重要的意义。
1、热仿真模型
本研究所采用的热仿真模型如图1所示。
热仿真条件如下:
环境温度:25.0oC;
热辐射背景温度:25.0~C;
LED热源模型用紫铜(导热系数:398W/(m ·K))圆柱模块代替,发热量4.25W;
LED基座和散热器材料都为铝合金AA6063(导热系数:201W/(m·K));基座外圆柱面与散热器内圆柱面贴合,不考虑两者之间的接触热阻;
另外,图1(f)和图1(g)中产品的上、下端盖材料为塑料,导热系数设为0.3 W/(m·K)。
2 环境温度对LED照明产品散热的影响
改变热仿真模型中的材料发射率以及散热器结构,进行热仿真实验,结果如表1所示。
从表1的数据可以得到以下结论:
(1)对于实验1,材料表面发射率为0,即不考虑热辐射。此时,随着环境温度的升高,热源与环境间的温差有所增大。原因是由于随着环境温度的升高,空气的属性会有一定的变化,会引起对流传热的表面传热系数的降低。
例如,对于大空间自然对流传热,水平板热面向上与向下的情形,均匀加热条件下平均表面传热系数的计算式如下(1)
其中,h为对流传热的表面传热系数,w/(m² ·K);Nu为努赛尔数;Gr为格拉晓夫数,表示浮升力与粘性力的比值;λ为空气的导热系数,w/(m ·K);L为特征长度,m;Pr为空气普朗特数; 为空气的体积膨胀系数,1/K;q为对流传热表面的热流密度,w/m²; 为空气的运动粘度,m/s² ;曰、m为常数。
随着环境温度升高,空气的Pr、 αν=1/T 减小,A、ν增大,其余参数大小不变,所以导致Nu减小,即表面传热系数h减小。
(2)随着环境温度的升高,照明产品外表面辐射换热量逐渐增大,辐射换热有所强化,辐射换热量占热源总热量的比例逐渐增大,见图2。
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