LED照明產(chǎn)品熱仿真技術行業(yè)資料家電行業(yè)

主要注意模型中溫度梯度（溫差）較大的區(qū)域或者環(huán)節(jié),以便改進散)設置、求解域大小設定、網(wǎng)格劃分、計算收斂標準設定、材料屬性CFD軟件與電子散熱專用軟件之間主要注意模型中溫度梯度（溫差）較大的區(qū)域或者環(huán)節(jié),以便改進散)設置、求解域大小設定、網(wǎng)格劃分、計算收斂標準設定、材料屬性CFD軟件與電子散熱專用軟件之間,其采用工程化的操作界面，操空心圓柱的壁厚)”,所以下面將對這兩個參數(shù)進行優(yōu)化設計.圖6泛用于預測許多電子產(chǎn)品散熱方案可行性、優(yōu)化電子產(chǎn)品的散熱設計以及為需要進行熱測試的電子產(chǎn)品確定最有效的測試方案等。準確快速的熱仿真可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本.本文系統(tǒng)仿真具有重要的參考意義。1、數(shù)值計算方法熱仿真是一種利用數(shù)值計算對流動與傳熱問題進行求解的方法，是與試驗(測試）和理論分析相并列的第三種分析方法。求解的控制方程(微分方程)提供一組關于這些未知量的代數(shù)方程，以及求解這組方程的算法,從而在每一個網(wǎng)格節(jié)點上直接求解控制方程的方法。電子產(chǎn)品熱仿真需要求解的控制方程主要包括質(zhì)量守恒方程（連續(xù)性方程）、動量方程(運動微分方程)、能量方程以及求解湍流N—S方程所需要的補充方程等。2、熱仿真軟件仿真的軟件。CFD軟件大體可以分為通用CFD軟件、工程化的CFD軟件和電子散熱專用熱仿真軟件三類.)設置、求解域大小設定、網(wǎng)格劃分、計算收斂標準設定、材料屬性對流冷卻方式。相對于強制對流冷卻方式,自然對流冷卻的電子產(chǎn)品。圖9LED射燈熱仿真模型2（2）熱仿真結果分析改變LED射ED的封裝熱阻及功率進行計算；LED封裝級的熱仿真是為了優(yōu)化一般情況下，通用CFD軟件（如FLUENT等）對用戶的專業(yè)知識背景要求較高，并且軟件操和Icepak等。工程化的CFD軟件性能介于通用CFD軟件與電子散熱專用軟件之間,其采用工程化的操作界面，操作較簡單，計算能力較強。如)設置、求解域大小設定、網(wǎng)格劃分、計算收斂標準設定、材料屬性對流冷卻方式。相對于強制對流冷卻方式,自然對流冷卻的電子產(chǎn)品。圖9LED射燈熱仿真模型2（2）熱仿真結果分析改變LED射ED的封裝熱阻及功率進行計算；LED封裝級的熱仿真是為了優(yōu)化3、熱仿真的特點熱仿真與熱測試的區(qū)別主要包括：（1)熱仿真不需要樣品,所以可以在產(chǎn)品開發(fā)前期預測產(chǎn)品方案的可行性；速很難實現(xiàn)精準的控制；熱仿真的優(yōu)勢包括:（2）可以區(qū)分以不同方式(對流和熱輻射)傳遞的熱量，便于對產(chǎn)品進行直觀的熱流分析及有針對性地改進散熱設計。另外，熱仿真與熱測試的條件及方法的差別導致熱仿真與熱測試的結果往往存在一定的偏差。所以，熱仿真結果一般不作為散熱方案可行性的最終判據(jù)。并且，一味地追求熱仿真與熱測試結果的一致也是毫無意義、徒勞無功的。2、熱仿真結果分析約為:48.6+250×0.06=63.6℃熱仿真結果初步表提到由于熱仿真結果往往與熱測試結果存在一定偏差，熱仿真結果一約為:48.6+250×0.06=63.6℃熱仿真結果初步表提到由于熱仿真結果往往與熱測試結果存在一定偏差，熱仿真結果一出：散熱器基體3。0mm時，LED基座溫度最低。綜上，散熱器FluidDynamics:流體動力學）軟件都可以作為電子產(chǎn)設置、求解域大小設定、網(wǎng)格劃分、計算收斂標準設定、材料屬性(密度、比熱容、導熱系數(shù)、表面正確的結果.一般情況下，熱仿真模型都需要對產(chǎn)品的幾何模型進行簡化。因為一些尺寸較小的特征和零部件往往會極大地增加網(wǎng)格數(shù)量，不但增加計算量，而且會降低網(wǎng)格質(zhì)量，影響計算精度。這些小的響。一般,需要進行簡化的特征及零部件主要包括：（1）較小尺寸的特征:如螺紋、導角、非散熱的孔、翅片波紋等；）；（4）熱源的簡化：對于LED照明產(chǎn)品來說,熱仿真主要分為系統(tǒng)級(照明產(chǎn)品）與封裝級兩個層級。系統(tǒng)級熱仿真，一般將LED簡化為均勻的體熱源,計算出來的溫度作為LED管腳的溫度,LED的結溫需要利用LED的封裝熱阻及功率進行計算；LED封裝級的熱仿真是為了優(yōu)化LED封裝的結構,減小LED的封裝熱阻,所以要考慮LED的詳細結構。：對于LED照明產(chǎn)品來說,：對于LED照明產(chǎn)品來說,熱仿真主要分為系統(tǒng)級(照明產(chǎn)品）與傳熱系數(shù)、輻射換熱系數(shù)等值也是散熱器設計的參考標準。環(huán)境溫度果可以得到以下結論:（1）對于Case1，材料表面發(fā)射率為0可以通過估算的方式評估該影響。一般,需要進行簡化的特征及零部圖1某LED射燈燈體的溫度分布對于模型中的溫度分布，主要注意模型中溫度梯度（溫差）較大的區(qū)域或者環(huán)節(jié),以便改進散熱圖2某LED燈具腔體內(nèi)的流場分布對于模型中的流場分布，主要注意流場中流動較弱(流速較小)或流動死區(qū)以及有回流發(fā)生的區(qū)域，以便改進流道設計。分開來,詳細分析產(chǎn)品的熱流分布規(guī)律，更有針對性地改進散熱設計，也是熱仿真的一個重要內(nèi)容。1、某LED吸頂燈散熱方案預測圖圖3為一款LED吸頂燈的設計方案。該設計的特點是LED焊接在一組PCB板條上，PCB板條通過導熱傳輸?shù)綗魵ね獗砻?，之后才能通過對流及熱輻射的方式進行散熱。位于吸頂燈燈殼內(nèi)并懸空。LED的熱量全部通過熱輻射及腔體內(nèi)空氣的流動傳輸?shù)綗魵?nèi)表面,然后對流和熱輻射)傳遞的熱量，所以將以不同方式傳遞的熱量分開來,對流和熱輻射)傳遞的熱量，所以將以不同方式傳遞的熱量分開來,熱仿真的特點熱仿真與熱測試的區(qū)別主要包括：（1)熱仿真不需要翅片數(shù)量取20,基體厚度取3。0mm，散熱器的質(zhì)量較輕，效果封裝級兩個層級。系統(tǒng)級熱仿真，一般將LED簡化為均勻的體熱源圖3某LED吸頂燈設計方案該例熱仿真的目的是為了初步驗證該設計方案能否滿足LED散熱的要求。由于該LED吸頂燈結構較簡單，對其幾何模型稍作修改即可用來作為熱仿真模型(圖4).圖4某LED吸頂燈熱仿真模型控制模塊發(fā)熱量：模塊輸入功率的10%控制模塊發(fā)熱量：模塊輸入功率的10%LED發(fā)熱量：LED功耗的85%用均勻發(fā)熱體代替LED、驅(qū)動、控制模塊驅(qū)動發(fā)熱量：輸入功率的10％解的控制方程主要包括質(zhì)量守恒方程（連續(xù)性方程）、動量方程(運大，輻射換熱有所強化，輻射換熱量占熱源總熱量的比例逐漸增大（解的控制方程主要包括質(zhì)量守恒方程（連續(xù)性方程）、動量方程(運大，輻射換熱有所強化，輻射換熱量占熱源總熱量的比例逐漸增大（封裝級兩個層級。系統(tǒng)級熱仿真，一般將LED簡化為均勻的體熱源產(chǎn)品熱仿真方法熱仿真模型的建立及簡化熱仿真模型的建立包括幾何熱仿真結果LED管腳最高溫度為48.6℃，假定LED熱阻為250℃/W,則LED的結溫約為:度為48.6℃，假定LED度為48.6℃，假定LED熱阻為250℃/W,則LED的結溫翅片數(shù)量取20,基體厚度取3。0mm，散熱器的質(zhì)量較輕，效果大，輻射換熱有所強化，輻射換熱量占熱源總熱量的比例逐漸增大（對于某些熱仿真軟件,如FloEFD等，軟件有提供模擬接觸熱阻熱仿真結果初步表明，該設計方案可以滿足LED散熱的要求。需要注意的是，前文有提到由于熱仿真結果往往與熱測試結果存在一定偏差，熱仿真結果一般不作為產(chǎn)品散熱方案可行性的最終判據(jù),所以該設計方案的可行性仍然需要通過對樣燈進行熱測試2、某LED射燈散熱器的優(yōu)化如圖6所示為某LED射燈熱仿真模型1，該模型主要用來改進散熱器的結構設計以取得最佳的散熱性能。本例影響散熱器散熱效果的主要是散熱器的“翅片數(shù)量”及“基體厚度（散熱器空心圓圖6LED射燈熱仿真模型1（2)熱仿真條件LED基座和散熱器采用鋁合金AA6063(導熱系數(shù)：LED基座和散熱器采用鋁合金AA6063(導熱系數(shù)：201W/m-K)，基座外圓柱面與散熱器內(nèi)圓散熱器表面采用陽極氧化處理方法，熱輻射率設為:0。55LED熱源模型用紫銅（導熱系數(shù):398W/m-K）圓柱模塊代替，發(fā)熱量4.25W柱面貼合，不考慮兩者之間的接觸熱阻。特征和零部件對產(chǎn)品散熱的影響一般都較小，如果對散熱影響較大也熱仿真的特點熱仿真與熱測試的區(qū)別主要包括：（1)熱仿真不需要真與熱測試結果的一致也是毫無意義、徒勞無功的。二、LED照明對于某些熱仿真軟件,如FloEFD等，軟件有提供模擬接觸熱阻重量（g）54。0厚度(mm）2344。04。0特征和零部件對產(chǎn)品散熱的影響一般都較小，如果對散熱影響較大也熱仿真的特點熱仿真與熱測試的區(qū)別主要包括：（1)熱仿真不需要真與熱測試結果的一致也是毫無意義、徒勞無功的。二、LED照明對于某些熱仿真軟件,如FloEFD等，軟件有提供模擬接觸熱阻重量（g）54。0厚度(mm）2344。04。0LED基座最高圖7LED基座最高溫度及散熱器重量隨散熱器翅片數(shù)量的變化以下對散熱器基體厚度進行優(yōu)化，散熱器內(nèi)孔孔徑不變，翅片外圍直徑不變，僅改變散熱器基表2以下對散熱器基體厚度進行優(yōu)化，散熱器內(nèi)孔孔徑不變，翅片外圍直徑不變，僅改變散熱器基表2散熱器基體厚度的優(yōu)化結果體的厚度,對模型進行熱仿真得到LED基座最高溫度見表2。出：散熱器基體3。0mm時，LED基座溫度最低。綜上，散熱器的區(qū)域，以便改進流道設計。由于熱仿真方法可以區(qū)分以不同方式(件主要包括：（1）較小尺寸的特征:如螺紋、導角、非散熱的孔、等。熱仿真軟件理論上所有的CFD(Computational74。02。09厚度（mm）出：散熱器基體3。0mm時，LED基座溫度最低。綜上，散熱器的區(qū)域，以便改進流道設計。由于熱仿真方法可以區(qū)分以不同方式(件主要包括：（1）較小尺寸的特征:如螺紋、導角、非散熱的孔、等。熱仿真軟件理論上所有的CFD(Computational74。02。09厚度（mm）68LED基座最高溫度（℃）圖8LED基座最高溫度及散熱器重量隨散熱器基體厚度的變化圖8可以看出：散熱器基體3。0mm時，LED基座溫度最低。綜上，散熱器翅片數(shù)量取20,基體厚度取3。0mm，散熱器的質(zhì)量較輕，效果較好.差別導致熱仿真與熱測試的結果往往存在一定的偏差。所以，熱仿真越來越重要的作用。熟大，輻射換熱有所強化，輻射換熱量占熱源總熱量的比例逐漸增大（3差別導致熱仿真與熱測試的結果往往存在一定的偏差。所以，熱仿真越來越重要的作用。熟大，輻射換熱有所強化，輻射換熱量占熱源總熱量的比例逐漸增大（3）較小熱流密度的接觸熱阻：如1W/cm2以下的接觸熱阻等(另外，散熱器自身的溫升代表了散熱器溫度均勻性，即散熱器自身的熱阻或者效率.該值越小，散熱器的熱阻越小、效率越高.該值可以作為散熱器設計的重要參考標準之一，另外散熱器表面的對流傳熱系數(shù)、輻射換熱系數(shù)等值也是散熱器設計的參考標準。3、環(huán)境溫度對LED照明產(chǎn)品散熱的影響分析由于LED照明產(chǎn)品大多采用自然對流冷卻方式。相對于強制對流冷卻方式,自然對流冷卻的電子產(chǎn)品其輻射換熱量所占比例較大。由于輻射換熱量與熱源及冷源頭絕對溫度4次方的差值成正比，所以環(huán)境溫度對熱輻射影響較大。本例將利用熱仿真方法分析環(huán)境溫度對自然對流冷卻的LED照明產(chǎn)品散熱的影響,同時該案例還可以清晰地表明熱仿真方法可以分別考慮對流及輻射傳熱的重要優(yōu)本案例熱仿真模型？?LED射燈熱仿真模型2,與前面LED射燈熱仿真模型1基本相同,不同的只系數(shù)設為0。2W/m—K。圖9LED射燈熱仿真模型2（2）熱仿真結果分析熱量的比例(3)環(huán)境溫度升高時，對流傳熱減弱會引起熱源與環(huán)境，主要注意流場中流動較弱(熱量的比例(3)環(huán)境溫度升高時，對流傳熱減弱會引起熱源與環(huán)境，主要注意流場中流動較弱(流速較小)或流動死區(qū)以及有回流發(fā)生其輻射換熱量所占比例較大。由于輻射換熱量與熱源及冷源頭絕對溫樣品,所以可以在產(chǎn)品開發(fā)前期預測產(chǎn)品方案的可行性；（2)熱仿12341111003。2503。5227。1076。672。327。32。822。484。2403。372。692。34表3熱仿真結果：環(huán)境溫度對LED照明產(chǎn)品散熱的影響表3熱仿真結果可以得到以下結論:源(即LED熱源模塊)與環(huán)境間的溫差有所增大.原因是由于隨著環(huán)境溫度的升高，空氣的屬性會有一定的變化,會引起對流傳熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的降低.（2)隨著環(huán)境溫度的升高，照明產(chǎn)品外表面輻射換熱量逐漸增大，輻射換熱有所強化，輻射換(密度、比熱容、導熱系數(shù)、表面的發(fā)射率，即熱輻射率等)定義、圖10）。原因是輻射換熱量與熱源及冷源(即環(huán)境)絕對溫度4次FluidDynam