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LED路灯热管散热器翅片开缝优化设计

来源:罗斯金斯铝业 浏览:1015次 时间:2017-03-30

散热装置的发展,如板翅式散热器在电子器件中的应用,使得散热翅片的优化设计成为主题。陈启勇等针对空气滞留区,流动空气不能顺利进入翅片内部,设计了一种透空型散热结构。ShaeriMR等研究了开缝数目与开缝尺寸对提高对流换热系数和减轻散热器重量的影响。WongS等研究了散热面积与对流换热系数的作用,在两者相互作用中存在最佳翅片间距值,庄四祥等通过正交试验方法对散热器进行了参数优化设计。

翅片开缝优化设计

开缝结构模型

在自然对流换热过程中,散热器周围与内部空气的流动状态,直接影响散热性能。通常在散热器底部位置存在空气停滞区域,该区域中空气流动困难,影响了散热器的散热效果。

结果讨论

温度边界层分布

在未开缝改进前,翅片内温度分布不均匀。在温度云图中散热器中间区域部分温度最高,温度沿散热器中心线向两边递减,呈对称分布,散热器四周靠近空气侧翅片温度最低。距空气侧较近的翅片温度低,是由于在空气侧空气的流速最大,提高了对流换热系数,换热效果强烈,距离周围空气远的翅片,翅片内部流动阻力大,空气流动困难,难以充分与翅片进行换热,换热效果较弱。散热器翅片中间部位温度边界层比较厚,之后温度边界层厚度沿翅片长度方向向两侧递减,散热器中间部位翅片间的温度边界层难以得到发展和分离,温度边界层连接在一起,形成一条带状分布。

开缝结构能够增加流体流动的扰动,流动程度增强,使边界层减薄,减小换热热阻,增强换热效果。在翅片中间部位开缝,翅片被分为两部分,开缝结构破坏了连接成带状的温度边界层分布,将其分离开来,有效提高了散热器换热效果。翅片开有两道缝隙,翅片被分为3部分,靠近空气侧部分较长,中间部分较窄,此结构同样能增加翅片内空气流动扰动,将温度边界层分离,增加散热器换热量。将上述两种开缝结构间隔布置,提高散热器散热性能原理相同。与翅片未开缝之前的温度云图对比,翅片的开缝结构能够增加流动空气扰动,增加空气流入量,使翅片内部空气的流动趋于一致性,使翅片壁面附近的温度边界层分离,各翅片表面的换热系数趋于均匀,每一个翅片的换热效果得到最大提升,增强对流换热的效果,翅片开缝结构是有效的。

速度边界层分布

散热器内流体流动不均匀,空气速度分布一般为刚进入翅片处时速度最大,翅片中间区域速度最小。这是因为在散热器前后空气来流流速反向,翅片入口处速度有最大值,但是散热翅片结构阻碍了来流空气的流动,流动过程中在翅片壁面附近形成速度边界层,随着向翅片内部深入流体流速降低。在翅片中间部位,由于相反流速的来流空气存在相互“抵消”作用,使得这一部位空气流速降到最低,出现空气滞留现象,形成一个空气滞留区。

翅片经开缝优化后,开缝结构破坏了翅片的完整性,散热器内部流体在沿翅片长度方向流动的同时,空气还能绕过开缝间隙沿翅片厚度方向流动,空气的流动由单向变为多向,增加流体流动的扰动。与此同时带动了各翅片间空气相互流动,彼此之间能够迸行换热。