自1998年美国Lumileds Lighting公司封装出世界上第一个大功率LED以来，大功率 LED以其体积小、效率高、寿命长、节能、环保等特点受到国内外研究者的青睐。随着LED 芯片的输入功率不断増大，LED的热量累积越来越多，由于温度升高而产生的热效应逐渐 明显，从而影响到LED的使用寿命和可靠性。因此，对大功率LED进行合理的热设计， 提高其散热能力成为亟待解决的关键技术之一。
吴志强在介绍LED光源诸多优点的基础上，阐述了其应用现状与发展前景。田明航等提出了利用热管技术对大功率LED进行散热的构想，设计了 LED热管散热器的原理结 构，并对其传热机理、传热路线和各传热阶段的热阻进行了定性分析和定量分析。刘一兵等在分析功率LED受热效应影响的基础上，从改进LED结构角度来解决散热问题。指出采 用导热性能优良的封装材料是提高散热效率的重要途径，并对密封材料，键合材料，散热基 板对散热的影响作了详细的分析。
由于温度急剧升高，对LED照明灯具的发光效率和寿命产生不可逆转的影响，如温度 每升高10°C就会导致光衰58%，同时导致使用寿命减半。因此，本文就使用Icepak软件 探讨LED照明灯具的散热问题。
数学物理模型
2.1问题描述
LED照明灯具的机柜包含34个LED热源（密封在1个腔体内），1块背板，34个翅 片，3个风扇，和1个自由开孔。翅片和背板用铝挤压型材，每个风扇质量流量为0.05私/s， 每个热源功率为10W，腔体的传热系数为15W/(m2.K)。根据设计目标，当环境温度为20C 时，设备的背板不能超过90C。完整的LED照明灯具的模型如图1所示。
LED照明灯具模型
LED照明灯具模型
2.2理论基础
2.2.1控制方程
2.2.2 计算假设
1) 认为空气是不可压缩流体。
2) 空气进口温度设为环境温度。
3) 忽略翅片和背板的接触热阻，认为认为二者接触部分的温度相同。
4) 将热源简化为二维热源，使其紧贴背板，忽略热源与背板之间的接触热阻，认为二 者接触部分的温度相同。
2.2.3 评价指标
由于温度升高使元件所受的热应力増大，当热应力超过材料的屈服强度时材料就会失 效，致使元件的性能下降。所以本文以系统内最高温度作为评价翅片式散热器可靠性的指标: 相同条件下，改变有效参数，系统内最高温度较低的可靠性较高。
2.3边界条件
(1) 环境属性：环境温度设为20°C，压力是101325N/m2;
(2) 冷却剂属性：冷却剂是空气，密度是1.225kg/m3;
(3) 出口温度设为环境温度，为自由开口；流动方向为沿法线方向流出；
(4) 翅片和背板的材料均为铝挤型材，密度是2800.0kg/m3，比热是900J/kg.k，电导 率是205.0W/m.K，传导性是各向同性；
(5) 机柜为固体壁面；腔体的所有壁面均为光滑固定平面，传热系数是15W(m2.K)。
(6) 松驰系数的设置为压力、动量、温度、粘度、质量力，其对应的数值分别为0.3、 0.7、1.0、1.0、1.0。
2.4网格划分
如图2，采用六面体非结构化网格划分网格。网格数量为163816个，节点174978个
3结果分析与讨论
检查气流，得到雷诺数69197.6,选择RNG湍流模型进行计算。
图3 Z=0.05处X-Y面上的温度、速度、压力分布云图
图3(a)显示，由于风量影响，靠近风扇一侧的温度明显低于出口处的温度，高温集中于 靠近出口区域；图3(b)显示，机柜内Z=0.05m处X-Y面上空气的速度矢量，可以看出机柜 内的空气有很大扰动，靠近风扇的扰动大于远离风扇的扰动；图3(c)显示，该截面机柜内的 压力分布有明显的区域差异，靠近出口处的压力明显高于风量进口测的压力。
图4背板的温度和压力分布云图
图4(a)显示，背板最高温度是52.81°C，小于90°C，所以此时的风量可以冷却这些热源。 图4(b)中，局部压力高达250N/m2,对靠近背板的翅片根部造成一定程度的冲击，产生很大 噪音，也容易使翅片损坏，所以需要对此模型进行优化。
总结与展望
模拟结果显示，背板的最高温度是52.81C,小于90C,所以此时的风量可以冷却这些 热源。但由于背板的温度和压力分布有些集中，所以下一步可以对模型进行优化。
影响LED灯具散热的因素有：结构构件间的热阻，表面对流系数，散热系数，空气热交 换，散热主渠道，材料，热传导系数，散热片散热面积，铝基板LED的颗粒分布，散热片形 状设计，翅片分布，辐射系数，外部环境等影响因素[3]。在热设计仿真分析中，可以改变散 热器翅片间距分布、翅片高宽比、翅片形状、散热器总散热面积等因素，来探讨其对LED 灯具散热的影响。
