本文關鍵詞：LED散熱器熱分布的數(shù)學建模與數(shù)值模擬

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【摘要】：LED (light-emitting diode)即發(fā)光二極管,是一種直接把電能轉(zhuǎn)化為光能的固態(tài)半導體器件.在實際應用中,為輸出更多的光能需要加大LED的功率.但經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：當LED的運行溫度高于70℃時,它的發(fā)光效率和使用壽命會出現(xiàn)明顯的下降.因此,對于一些大功率的LED來說,工作溫度需要保持在一個合理的范圍內(nèi),散熱也就成了一個非常重要的工作.LED的散熱方式主要包括對流,輻射,傳導三部分.目前,雖然各種不同形狀、大小和結(jié)構的散熱片已經(jīng)廣泛的應用于商業(yè)LED中,但這些散熱片大多在冷卻效率、尺寸和材料成本等方面未達到最優(yōu)化.要想研究LED的散熱,必不可少的工作就是要得到LED散熱器的熱分布.因此,本文的工作就是通過對LED散熱器建立數(shù)學模型,以此模型可以迅速算出不同形狀的LED散熱器的溫度分布,也為LED散熱器的優(yōu)化設計提供了便利.本文所考慮的LED是簡單的日用LED燈,放置方位也是垂直正放,外部環(huán)境假設是恒定的室溫.目前大量的LED仿真和實驗結(jié)果表明,其垂直方向的傳導傳熱是散熱設計最關鍵的組成部分.因此,本文僅考慮LED散熱的傳導部分,可以用一個熱傳導方程來描述.本文的工作逐步對LED散熱器及熱源做一個簡化的熱傳導方程模型,即忽略LED頂部罩子和底部,并且假設頂部和底部是球狀的.利用這個模型可以很快計算出類似不同形狀的LED散熱器的溫度分布.對于本文逐步建立的熱傳導方程模型,主要是考慮球坐標系下的熱傳導方程.對于所建立的球坐標系下的熱傳導方程求解,本文給出了一些邊界條件,這些邊界條件可以用后面的數(shù)值模擬實驗來證明它們的合理性.對于所建立的熱傳導方程及邊界條件,本文分別采用顯示和隱式兩種差分格式來求解,并分析所建立求解格式的穩(wěn)定性.緊跟著的熱分布數(shù)值模擬實驗可以表明所建立的數(shù)學模型和求解格式是符合實際實驗結(jié)果的,是可行的.改善的隱式差分格式是一個更好的方法.本文的工作對LED散熱的形狀優(yōu)化具有很大的意義,可以節(jié)約LED設計的材料成本.
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O241.82;TN312.8

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本文編號：1273242