LED燈具散熱建模仿真關(guān)鍵問題研究（二）

4 散熱材料導(dǎo)熱系數(shù)和輻射率

4.1 散熱材料導(dǎo)熱系數(shù)

材料的導(dǎo)熱系數(shù)高低反映的是材料熱傳導(dǎo)能力的強(qiáng)弱，熱傳導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)熱系數(shù)的散熱材料，對LED 燈具的工作溫度產(chǎn)生的影響，仿真結(jié)果如圖9所示，說明材料的導(dǎo)熱系數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)分別為0.95、0.9、0.85、0.8、0.7、0.6、0.5 的溫度場情況，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(shù)的變化趨勢。觀察仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)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(xiàn)較大的變化，說明對于鋁制散熱器，材料輻射率達(dá)到0.80 即可;而當(dāng)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(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室測量驗(yàn)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(jù)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度，將室溫和固體初始溫度均設(shè)置為29℃，仿真結(jié)果如圖12、圖13所示。實(shí)驗(yàn)室溫度測量采用8通道熱電耦測溫儀TP700,測量環(huán)境為無人走動恒溫密閉實(shí)驗(yàn)室，環(huán)境溫度為29℃。將實(shí)驗(yàn)室溫度測量結(jié)果與CFD 仿真結(jié)果進(jìn)行比較，如表1、表2所示。

通過表1和表2的比較可以得出，仿真溫度與實(shí)驗(yàn)室測量溫度誤差最大也僅有4.17 ℃，最小為0.17℃，說明本文所建立的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)，通過仿真還發(fā)現(xiàn)LED 燈具驅(qū)動電源工作溫度過高，在后續(xù)產(chǎn)品開發(fā)過程中還可以有針對性地解決電源散熱問題，提升LED 照明燈具產(chǎn)品的壽命和可靠性。

6 結(jié)論

邊界條件設(shè)置、熱阻計(jì)算、熱量載荷分析和散熱器等問題是LED 燈具CFD 仿真分析中的關(guān)鍵步驟，需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)室溫度測量進(jìn)行驗(yàn)證和修正，才能得出較為準(zhǔn)確的散熱模擬仿真分析結(jié)果。CFD 散熱仿真結(jié)果對LED 燈具開發(fā)設(shè)計(jì)具有重要的參考價(jià)值和指導(dǎo)作用，可以縮短研發(fā)周期、降低開發(fā)設(shè)計(jì)費(fèi)用、提升LED 燈具產(chǎn)品的可靠性和競爭力。