华侨大学 毕业设计（论文）
题目： 基于烟囱效应的LED散热器设计
Topic ： Chimney effect of LED heat sink design is based on
学 院 信息科学与工程学院 年级专业 2010级电子科学与技术B班 学生姓名 学 号 指导教师
完 成 日 期 2014 年5月
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基于烟囱效应的LED散热器设计
摘要
在我国照明耗电中，城市公共照明占30%，每年支出285亿。半导体光源具有节能，寿命长等优点，若将其广泛用于城市公共照明，可节省大量能源，LED照明由于其节电、环保、长寿命，而被公认为下一带照明技术，将取代现有的各种照明技术【1】。LED为冷光源，怕热，有80％之多的电能转化为热能，必须有散热措施，虽然LED发光技术已有飞跃发展，有每瓦发光达200lm的报导，但LED散热却是LED照明中的大问题，但又还没得到有效解决的问题，成了LED照明灯普及发展道路上的拦路虎，在自然对流散热器中，可以增加散热表面积和提高气体流速来增强自然对流热交换，在散热器中，引入轻质的烟囱结构，就可以引入烟囱效应，从而提高气体流速，增强散热器自然对流的热交换能力，同时烟囱效应结构，也能减轻散热器的重量【2】。本文针对基于烟囱效应的LED散热问题做以下研究：首先引入LED灯具设计仿真软件Solid-works，对悬吊式LED灯具进行设计，然后利用Solid-works中的流体散热仿真模块flow simulation对LED灯具进行仿真，从LED温度剖面图获得温度参数，及温度的变化情况，再将LED灯具再设计，模拟出烟囱效应需要的模型，再次热学仿真，获得温度参数，最后对比两次温度测试结果，得出结论。
关键字 LED散热 烟囱效应 Solid-works
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Chimney effect of LED heat sink design
is based on
Abstract
In our lighting consumption in urban public lighting accounts for 30% of annual spending 28.5 billion . Semiconductor light source with energy saving, long life and other advantages , if it is widely used in urban public lighting , can save a lot of energy , LED lighting because of its energy-saving , environmental protection, long life, and is recognized as the next area of lighting technology , will replace the existing various lighting technologies【1】. LED is cold light , heat intolerance, there are as many as 80% of energy is converted into heat , there must be cooling measures , although the LED light technology has been rapid development , has reached 200lm per watt luminous coverage , but the heat is LED LED lighting the big problem, but the problem has not been effectively addressed , the popularity of LED lighting has become the stumbling block on the road to development , the natural convection radiator , you can increase the cooling surface area and increasing gas flow rate to enhance the natural convection heat exchange in the heat vessel , introducing lightweight chimney , the chimney effect can be introduced to improve the gas flow rate, natural convection heat sink to enhance heat exchange capacity , while the structure of the chimney effect , can also reduce the weight of the radiator【2】. In this paper, do the following research questions for the LED -based thermal chimney effect : first to introduce LED lighting design simulation software Solid-works, for suspended LED luminaire design, and then use Solid-works in thermal simulation of fluid flow simulation module for LED luminaire simulation, LED temperature profile obtained from the temperature parameter , and changes in temperature, then the LED lighting redesign the model to simulate the chimney effect needed thermal simulation again , get the temperature parameters, and finally compare the two temperature test results, obtained Conclusion .
Keywords LED cooling chimney effect Solid-works
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目 录
摘要 2 第一章、绪论 5 第二章、LED概述 6 （一）LED发展面临的问题 6 （二）LED芯片温升的原因 6 （三）温度对LED芯片的影响 7 （四）LED散热研究进展 8 （五）烟囱效应 9 第
三
章
、
L
E
D9
（一）Solidworks的介绍 9 （二）基于Solidworks的灯具设计 9 （三）Flow simulation 11 灯
具
的
设
计
（四）灯具热学仿真 11 第四章、LED灯具烟囱设计及热学仿真 13 （一）LED灯具烟囱设计 13 （二）LED灯具烟囱热学仿真 15 第五章、LED灯具散热比对 17 总结 17 参考文献 18
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致谢 19
第一章、绪论
节约能源是人类生存和发展所必需的重要内容,中国是一个人口众多的能源消耗大,资源严重短缺的国家。2010年中国的石油消耗量为2.46亿吨2010年天然气消耗量为1114亿立方米,因此节能减排作为一个重要政策一直受到国家的重视。从1980年开始,原国家计委、经委组织就实行五年节能规划和年度节能计划,并把节能计划纳入国民经济规划。2007年10月中国通过了《中华人民共和国节约能源法》,进一步完善了我国节能制度，电力资源是二次能源,主要依靠水力发电、风力发电、火力发电等方式获得,其中火力发电占所有电力资源的75%,因此减少电能的消耗,是节约能源和减少污染的重要途径。根据中国电联数据显示我国2010年的发电量为41923亿千瓦时,消耗煤约16.6亿吨;而照明用电约占电力资源的12%,折合人民币为5030. 76亿元,所以照明的节能是电力行业节能的一个重要环节。我国现有的照明用主要是白炽灯,2010年中国的白识灯产量与国内销售量分别为38. 5亿只和10. 7亿只,然而其电光转换效率不足10%,造成了电力能源的极大浪费。目前世界上约0.72%的GDP用于光照明。根据IEA和OECD在2006报告显示,世界照明消耗电能约占总的电量的19%,约占二氧化碳排放量的因此寻找高效、节能的照明灯具是节约电力资源的重要途径。日本在1997年对白光LED进行进一步的研究,并期待在不久的将来将LED固态光源替代现有的白织灯和炎光灯。研究发现当LED能达到120lm/W时,日本每年可以节约2.6亿KW/h的电能,这相当于630000kL原油,也相当于日本每年家庭耗电量的1.1%,节约能源耗费约50. 5亿日元。日本将太阳能灯应用于街道照明,50W的LED灯可以提供原有200W未灯的光亮度,每盖灯每年可以减少10.4吨的二氧化碳排放量。研究发现在日本,如果将现有的交通信号灯用LED灯来替代,每年可以节约830万度电,这相当于200000kL的原油消耗量。随着LED研究发展,LED在我国隧道照明、烟草行业、街道照明、室内照明灯各个领域得到了广泛的应用。贺晓利研究表明,在同样长度的两个隧道分别安装高压钠灯和LED灯具,进行节能对比,虽然LED灯具的成本价格比高压钠灯的要高,但是在相同的照明强度下,LED灯具比高压钠灯每年节省电量为201079度,按照电费0.8元/度计算,每年可以节省电费为160862.8元,节能效率高达53.14%【3】。
随着我国经济的发展,我国的公路交通建设也得到了高速的发展,全国新建的公路险道逐年增加。截止2009年底,我国修建的公路险道共计6139处,总长度达到3942KM。随着公路的建设发展,我国每年公路照明投入的费用也不断增加,特别是随道照明用电量大,所需要的费用庞大。【4】为了回应国家的节能减排政策,釆用节能、环保、可靠的照明灯具成为未来道路照明的一种必然选择。目前我国的险道照明主要釆用传统的高压钠灯照明,耗电量大,严重浪费资源,同时也造成了环境的污染。根据资料估计如果大庆到广州的高速公路利用LED照明灯具替代现有的高压钠灯,20年内可以节省照明所用的电费约5亿元以上,节省照明设备维修费用约1亿以上。由此可见利用LED最为未来的照明工具,在公路照明中具有巨大的潜力。
LED照明由于其节电、环保、长寿命，而被公认为下一带照明技术，将取代现有的各种照明技术。LED为冷光源，怕热，有80％之多的电能转化为热能，必须有散热措施，虽然LED发光技术已有飞跃发展，有每瓦发光达200lm的报导，但LED散热却是LED照明中的大问题，但又还没得到有效解决的问题，成了LED照明灯普及发展道路上的拦路虎，在自然对流散热器中，可以增加散热表面积和提高气体流速来增强自然对流热交换，在散热器中，引
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