基于板式脉动热管的大功率LED冷却实验研究论文.docx

北京交通大学

硕士学位论文基于板式脉动热管的大功率LED冷却实验研究姓名：李志
申请学位级别：硕士专业：工程热物理指导教师：贾力
201206

中文摘要

LED(Light．EmittingDiode，发光二二极管)作为新一代绿色光源，相比于传统光源具有发光效率高、寿命长、节能、环保等优点，被广泛应用于各个照明领域，但是芯片结点温度过高会对LED产生不利影响，散热问题已成为了LED发展中的瓶颈问题。针对大功率LED具有高热流密度特点，本文采用板式脉动热管与翅片的组合对额定功率为100W的LED进行冷却，系统的开展了不同冷却方式下(强制对流与自然对流)的实验研究。
本文首先开展了板式脉动热管强制对流实验，在不同加热功率、不同工质下，对脉动热管加热段温度和热阻进行了分析，实验结果表明，在各功率LED加热下，脉动热管强制对流均能取得较好冷却效果，加热段温度都远低于120。C。热管启动存在一个功率的阈值，只有当加热功率高于启动功率时热管才能够启动。随着LED功率的增大，热管加热段温度也随着增加，热阻随着减小。在丙酮、乙醇、水三种工质的实验中，丙酮的冷却效果最好。
此外，本文重点开展了板式脉动热管自然对流实验，研究了加热功率、工质、充液率、热管结构参数、翅片面积对脉动热管传热特性的影响，研究结果表明，脉动热管自然对流只能对功率在52W以下的LED取得较好冷却效果，板式脉动热管自然对流从启动到稳定过程与强制对流存在较大差异，脉动热管存在一个最佳充液率30％～50％，丙酮的冷却效果比乙醇更好。三角形截面脉动热管的热阻比方形截面热阻低，水力直径为lmm的脉动热管比0．58ram的传热性能好。增加翅片面积可以较好的降低LED基板温度。通过对加热段各点的实验分析表明，脉动热管在各功率运行中，加热段均温性良好，被控制在2．5℃以内。关键词：大功率LED；板式脉动热管；强制对流；自然对流；冷却分类号：TK．124

ABSTRACT

LED(Light—EmittingDiode)，asanew—generationgreenlightsource，takestheadvantagesofhighefficiency,longerlifespan，energy-savingandenvironmentfriendlyincomparingtothetraditionalones．So，LEDiswidelyusedinvariousfields．However,
highjunctiontemperatureofLEDchipisdetrimentaltotheperformanceofit．Hence，heatemittingisanimportantissuethatgreatlyhinderthedevelopmentofLED．ThepresentstudyhasconductedaseriesexperimentsoncoolingoftheLEDrwithratedpoweroflOOW)basedonanexperimentalsectionofthecombinationofplatepulsatingheatpipe(platePHP)andfins．Twocoolingmethodsareadoptedinthispaper,whichareforcedconvectionandnaturalconvection．
Firstly,theforcedconvectionexperimentsofplatePHPwithvariousheatingpowerandworkingfluidsarecarriedout．ThetemperatureofevaporationsectionandthethermalresistanceoftheplatePHParebothanalyzed．Theresultsshowthatbetter
coolingeffectcanbeobtainedwhentheforcedconvectionisutilizedunderallthetestedoperatingLEDpowerandthetemperaturesofevaporationsectionarefarlowerthan
120。C．Thestudyalsofindsthatthereisastart-upthresholdfortheplatePHP,i．e．theplatePHPwillstart-uponlywhenthepowerofLEDexceedsthethreshold．Furthermore，thetemperaturesofevaporationsectionar