为了研究采用微槽群复合相变换热技术的大功率太阳花散热器多角度投光的方向效应及综合散热性能, 实验研究了散热器高度、功率以及采用微槽群复合相变换热技术后的过余温度、平均对流换热系数随出光倾角的变化规律, 并获得了出光倾角的Ra与Nu关联式。研究结果表明: 出光倾角小于90°时, 微槽群散热器热源过余温度大幅低于型材散热器, 在高度为90 mm, 出光倾角为30°, 输入功率为80,100,120,200 W时热源温度分别降低了11.6,13.3,18.9,26.7 K, 呈现出功率越大降幅越大的趋势; 出光倾角大于90°时, 微槽群散热器热源过余温度略高于型材散热器, 原因是微槽群散热器内部的真空环境影响散热器的均温性; 输入功率越高, 方向效应越明显; 散热器高度越低, 平均对流换热系数越大, 对比高度60 mm与高度90 mm, 在出光倾角为0°时, 功率为80,100,120 W时分别提高了27.5%、23.8%和24.2%。因此, 设计LED灯具散热器时应综合考虑散热器的方向效应。

对大功率LED太阳花散热器肋片三角槽扩展表面的散热性能进行了数值模拟与分析,并对肋片长度方向的温度分布进行了实验验证。在考虑自然对流和辐射模型的条件下,研究了肋片表面三角槽的顶角α、槽宽s和槽深d对散热器肋片顶部最高温升ΔT_max、平均对流换热系数h和对流换热热阻R的影响。结果表明:顶角α在90°~120°范围内、向肋片根部倾斜的三角槽在增加散热面积的同时,改善了流场分布,从而显著地增强了太阳花散热器的散热性能;相比于槽宽s,槽深d对平均对流换热系数h影响更为显著,较小或较大的槽深会因平均对流换热系数h的大幅降低而恶化散热效果。

为了增强发光二极管(LED)散热器的散热能力并降低其质量,对传统LED太阳花散热器进行了开缝交错设计。利用Solidworks软件建立散热器三维模型,通过其插件Flow Simulation进行热仿真。以传统太阳花散热器为基础模型,通过实验得到此模型4个监测点的实际温度与仿真所得温度的平均误差为4.6%,在允许范围内,证实了仿真步骤的正确性。以此为基础,对不同开缝数量和开缝宽度对LED芯片最高温度的影响进行了研究,结果表明开缝交错设计明显增强了LED散热器的对流散热性能。当输入功率为26 W、开缝数量为9、开缝宽度为1 mm时,LED芯片的最高温度为122.15 ℃。在模型参数相同的条件下,配备开缝交错设计散热器的LED的最高温度比配备传统太阳花散热器的LED下降了8.68 ℃,且散热器质量下降了6.85 g。在自然对流条件下,开缝交错设计有效地延缓了热边界层的形成,改善了流场分布,增强了太阳花散热器的散热性能,并降低了其质量。

为了提高发光二极管(LED)的散热能力, 基于烟囱效应, 在传统太阳花散热器外侧加装圆筒壁, 形成特殊的烟囱结构。运用Solidworks软件构建三维模型, 用其插件Flow Simulation进行热仿真, 并以散热器翅片数12个、最大直径70 mm、高度40 mm为基础模型参数, 进行优化研究。研究表明, 在翅片数为20个、最大直径为85 mm、高度为65 mm时, LED圆筒太阳花散热器的散热效果最好。此时, LED的最高温度为48.98 ℃, 比优化前降低了13.05 ℃。当功率为8, 12, 16, 19 W时, LED芯片的最高温度都满足LED工作的安全要求。对功率为8 W的LED散热器样品的实验测试结果表明, 4个监测点的实际温度与仿真所得温度的平均误差为4.8%, 在允许范围内, 验证了研究的正确性。在功率为32 W时, 配备圆筒太阳花散热器的芯片最高温度仍满足低于125 ℃的技术要求, 并比配备传统太阳花散热器的芯片温度低6.44 ℃。所设计的LED圆筒太阳花散热器为解决大功率LED散热问题提供了一个新的途径。

对一款大功率LED太阳花散热器(RHS)进行了热阻建模、工作温度测量和软件仿真。依据传热学基本原理建立热阻模型，采用数字温度表进行温度测量，借助专业电子产品热分析软件Icepak进行模拟仿真。在误差允许的范围内，散热器温度的实验值与理论值保持一致，证明了利用Icepak进行软件仿真的可行性与可靠性。在此基础上，运用控制变量法，以散热器最高工作温度为目标，利用Icepak软件对散热器的肋片数量、铝板直径和铝板厚度进行优化，为该散热器的结构优化提供了参考。