LED散热器热分布的数学模与数值模拟-计算数学专业毕业论文.docx

浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：韵．黟霞 签字日期：溯彩年上月纠日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解浙江大学有权保留并向国家有关部门或机构送交 本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 (必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权书) 学位???文作者签名：拍、声霞 导师签名： 签字日期： 即／b年岁月引日 签字日期：加 万方数据  摘 要 LED flight—emitting diode)即发光二极管，是一种直接把电能转化为光能 的固态半导体器件．在实际应用中，为输出更多的光能需要加大LED的功率． 但经研究发现：当LED的运行温度高于70。C时，它的发光效率和使用寿命会 出现明显的下降．因此，对于一些大功率的LED来说，工作温度需要保持在一 个合理的范围内，散热也就成了一个非常重要的工作． LED的散热方式主要包括对流，辐射，传导三部分．目前，虽然各种不同 形状、大小和结构的散热片已经广泛的应用于商业LED中，但这些散热片大 多在冷却效率、尺寸和材料成本等方面未达到最优化．要想研究LED的散热， 必不可少的工作就是要得到LED散热器的热分布．因此，本文的工作就是通过 对LED散热器建立数学模型，以此模型可以迅速算出不同形状的LED散热器 的温度分布，也为LED散热器的优化设计提供了便利．本文所考虑的LED是简 单的日用LED灯，放置方位也是垂直正放，外部环境假设是恒定的室温． 目前大量的LED仿真和实验结果表明，其垂直方向的传导传热是散热设 计最关键的组成部分．因此，本文仅考虑LED散热的传导部分，可以用一个热 传导方程来描述．本文的工作逐步对LED散热器及热源做一个简化的热传导方 程模型，即忽略LED顶部罩子和底部，并且假设顶部和底部是球状的．利用这 个模型可以很快计算出类似不同形状的LED散热器的温度分布．对于本文逐步 建立的热传导方程模型，主要是考虑球坐标系下的热传导方程．对于所建立的 球坐标系下的热传导方程求解，本文给出了一些边界条件，这些边界条件可以 用后面的数值模拟实验来证明它们的合理性．对于所建立的热传导方程及边界 条件，本文分别采用显示和隐式两种差分格式来求解，并分析所建立求解格式 的稳定性．紧跟着的热分布数值模拟实验可以表明所建立的数学模型和求解格 式是符合实际实验结果的，是可行的．改善的隐式差分格式是一个更好的方法． 本文的工作对LED散热的形状优化具有很大的意义，可以节约LED设计的材 料成本． 关键词：LED散热器，数学模型，热传导方程，显示(隐式)差分方法，球坐 标系，热分布模拟实验 万方数据  A bstract LED，that is short for Light emitting diode，is a kind of solid state semi— conductor device which directly converts electrical energy into light．In actual application，in order to produce more light output，the higher power must be applied to LED．However，it has been found that the efficiency and lifetime will be degraded greatly when it is operated at a high temperature．For some high— power LEDs，heat sinks ale required to keep the temperature in a reasonable range when they are operated，thus it is very important to consider the designs of heat sinks used to cool LED． The cooling methods of LED mainly include three parts：flow，radiation and conduction．Though a wide