基于ANSYS的LED灯具热分析讲解.docx

基于ANSYS 的LED 灯具热分析南京汉德森科技股份有限公司饶连江raolianjiang@163.com摘要：大功率高亮度发光二极管（LED）以其节能、环保、寿命长等出色性能逐渐渗透到 现代照明中，业界专家预测在21世纪上半叶，以LED为代表的新型光源将会逐步发展成为 电光源的主流产品。然而，LED照明仍面临着几大难题：发光效率、显色指数、结构散热等。 高温对LED发光质量和使用寿命影响巨大，从设计上说，防止过热是最具挑战性的任务之一。 因此，使用计算机辅助分析结合实验的方法来模拟 LED 组件的工作性能变得越来越重要。 关键词：ANSYS、LED、CAE、热分析Thermal Analysis for LED Lump Based on ANSYSAbstract: High-power high-brightness light-emitting diode (LED) for its energy-saving, environmental protection, long life and other outstanding performance penetrate gradually into modern lighting. LED experts predict that half of the 21st century LED lighting will be gradually developed as the main products of the power light. However, LED lighting is still facing several big challenges: light-emitting efficiency, color rendering index, structure of thermal and so on. High temperature on the LED light-emitting enormous impact on the quality and service life, from the design that prevent the overheating is the most challenging tasks. Therefore, the use of computer-aided analysis combined with experimental methods to simulate the working performance of LED lump becomes increasingly important.Key Words: ANSYS、LED、CAE、heat-analysis一、引言：大功率高亮度发光二极管（LED）是21 世纪最具发展前景的一种新型冷光源。它的发 光机理是靠PN结中的电子在能带间跃迁产生光能，当它在外加电场作用下，电子与空穴的 辐射复合发生电致作用将一部分能量转化为光能，而无辐射复合产生的晶格震荡将其余的能 量转化为热能。由于光谱中不含红外成分，产生的热量不能靠辐射散发，故称LED 为冷光 源。目前LED的发光效率只有10%~25%，其余的能量转化为热能，如果LED芯片中的热 量不能及时散发出去，会加速器件的老化，一旦 LED的温度超过最高临界温度，往往会造 成LED永久性失效。据报道，LED在30℃下工作的寿命比在70℃下工作时长20 倍[1]，因 此散热技术是LED 灯具设计的关键技术之一。热交换是通过导热、对流换热和辐射换热三种基本方式进行的，可分为瞬态热交换和 稳态热交换。一般来说，工程分析中可不考虑辐射换热。对于连续介质，设某一时刻?，物 体内所有各点在直角坐标系中的温度场为t=f( x, y, z,?)，导热的微分方程可表达如下：?c ?t? [?(??t )??(??t )??(??t )] ??…………………………（1）???x?x?y?y?z?z式中?为密度，单位kg/m3；c为比热容，单位J/(kg.K)；?为热导率（导热系数），单位为W/(m.K)； ?为内热源强度，单位 W/m3。 对于连续介质，二维对流换热的能量微分方程如下：?t?cp[??u?t?xv?t?yt(?u?x?v?y)] ??(?2t?x2?2t??y2) ……………………（2）式中cp 为比定压热容，对于固体和不可压缩流体，cp ?c ；u, v 分别为x, y 方向的速度[2]。 上述热交换的矩阵形式如下：?[C(T )]{T} ?[K (T )]{T} ? [Q(T )] ………………………………………（3）式中[C(T)]为比热矩阵；[K(T)]为传导矩阵，包含导热系数和对流系数；{