金屬泡沫的自然對流換熱及其在LED散熱器的應用.pdf

1、全球的照明能源消耗約占整個電力能源消耗的五分之一，LED（Light Emitting Diode）具有光效高、電耗低、壽命長、環(huán)保等優(yōu)點，其推廣應用對于節(jié)能減排具有重要意義。隨著單顆LED功率地不斷提升，LED的散熱問題已經(jīng)成為制約其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。金屬泡沫材料是一種由連通的固體金屬骨架和孔隙組成的新型功能材料，具有高比表面積、高比導熱系數(shù)、低密度等特點，作為小型化、輕量化的緊湊型散熱器材料，對于LED散熱問題是一種潛在的解決方案。<

2、br>　　LED的散熱主要分為封裝散熱和外部散熱兩部分，本文主要針對外部散熱過程，對金屬泡沫LED散熱器的自然對流換熱性能進行了研究。在實驗研究的基礎上，根據(jù)實際金屬泡沫的結構特征，建立了面心立方體（face-centered cubic，F(xiàn)CC）單元結構的金屬泡沫材料模型，利用CFD數(shù)值計算軟件，求得不同結構參數(shù)的金屬泡沫的滲透率和慣性系數(shù)，再將其作為 Fluent多孔介質模型的流動阻力參數(shù)，模擬了金屬泡沫LED散熱器的自然對流換熱過

3、程，分析了金屬泡沫材料結構參數(shù)對LED散熱器性能的影響。
　　設計并搭建了實驗臺，對兩塊不同尺寸的銅泡沫樣品進行了自然對流換熱實驗研究。
　　建立了基于FCC單元結構的金屬泡沫內(nèi)的流動阻力研究模型，通過數(shù)值模擬，分析了金屬泡沫結構參數(shù)對流動阻力的影響。分析表明流動中的壓降主要在孔隙之間的交界處發(fā)生，孔密度的增加會大大增加流動阻力；通過計算壓力梯度與流速的關系擬合得到了不同結構參數(shù)下的金屬泡沫材料的滲透率和慣性系數(shù)。
　

4、　采用Fluent多孔介質模型，對金屬泡沫LED散熱器的自然對流換熱性能進行了研究，數(shù)值計算與實驗結果吻合良好，驗證了 Fluent多孔介質模型的適用性。研究發(fā)現(xiàn)Nu數(shù)除了隨Gr數(shù)增大而增大外，還與金屬泡沫的孔隙率、孔密度以及無因次高度有關，根據(jù)數(shù)值模擬結果，得到了第一類和第二類邊界條件下的金屬泡沫自然對流換熱準則方程。對銅泡沫開槽后的散熱性能進行了模擬和分析，發(fā)現(xiàn)開槽后Nu數(shù)比未開槽時增大了8.65％。探討了應用本文研究結果估算 LE