基于多孔微热沉的大功率LED冷却技术研究.PDF

第 46 卷第 8 期 机 械 工 程 学 报 Vol.46 No. 8 2010 年 4 月 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Apr. 2010 DOI ：10.3901/JME.2010.08.109 基于多孔微热沉的大功率 LED 冷却技术研究* 1, 2 1 2 2 万忠民 陈 敏 刘 伟 刘 靖 (1. 湖南理工学院物理系 岳阳 414006 ； 2. 华中科技大学能源与动力工程学院 武汉 430074) 摘要：针对大功率发光二极管(Light-emitting diode, LED)具有的高热流通量、表面温度要求严格控制的特点，提出一种新型 高效的基于多孔微热沉系统的散热技术来满足大功率 LED 散热封装的需求。分析多孔微热沉系统的工作原理以及传热特性， 基于局部热力学平衡建立多孔微热沉流动与传热的数学模型，并用 SIMPLE 算法进行数值求解，得出微热沉的温度分布以及 影响微热沉性能的一些因素。数值研究表明：在高热流密度下，微热沉散热表面的温度能维持较低水平，即使在热流达到 200 W/cm2 时，散热表面的最高温度才 55.2 ℃；提高工质入口流速可以降低微热沉内的温度以及散热表面的温度水平。多孔 微热沉系统能够有效地解决大功率 LED 的散热问题，提高LED 芯片的可靠性与使用寿命。 关键词：大功率发光二极管 多孔微热沉 多孔介质 高热流密度 散热 中图分类号：TN312.8 Research on Porous Micro Heat Sink for Thermal Management of High Power LED WAN Zhongmin1, 2 CHEN Min1 LIU Wei2 LIU Jing2 (1. Department of Physics, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006; 2. School of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074) Abstract ：In view of the characteristics of high power light-emitting diode (LED), such as high heat fluxes and requirement of strict temperature control, a porous micro heat sink system is presented for thermal management of high power LED, which has high heat transport capability. The working principle and heat transfer characteristics of porous micro heat sink are analyzed. Numerical model for the micro heat sink is proposed to describe liquid flow and heat transfer based on the local thermal equilibrium of porous medium, and it is solved with SIMPLE algorithm. The numerical results show that the heated surface temperature