LED灯具散热建模仿真关键问题研究（二）

　　4 散热材料导热系数和辐射率

　　4.1 散热材料导热系数

　　材料的导热系数高低反映的是材料热传导能力的强弱，热传导是影响散热的根本因素，它决定了LED 灯具产生的热量能否有效、快速传递到灯具散热表面。不同材料的导热系数因其物理属性、生产工艺等有所不同。仿真分析14W LED PAR30 射灯，采用不同导热系数的散热材料，对LED 灯具的工作温度产生的影响，仿真结果如图9所示，说明材料的导热系数越高，终的LED 灯具工作温度越低，散热效果越好。

　　4.2 散热材料辐射率

　　不同材料的热辐射系数γ 是不相同的，即使是同种材料不同表面处理工艺，其热辐射系数也不尽相同[14],因此在CFD 散热仿真时，必须明确材料及其表面处理情况。仿真分析了7W LEDPAR16射灯的散热器表面辐射系数分别为0.95、0.9、0.85、0.8、0.7、0.6、0.5 的温度场情况，图10 和图11 给出了LED 工作温度、散热器平均温度随散热材料辐射系数的变化趋势。观察仿真结果可以发现，当材料辐射率在0.80以上变化时，LED 工作温度、散热器平均温度并未出现较大的变化，说明对于铝制散热器，材料辐射率达到0.80 即可；而当材料辐射率在0.80以下时，LED 温度、散热器平均温度随材料辐射率呈线性变化关系，辐射率越低，温度越高。因此，在产品散热材料选择时，可以表面辐射率0.80为参考。

　　5 仿真数据与实验室测量验证

　　利用CFD 仿真软件分别对7 W LED PAR16射灯、14W LED PAR30 射灯进行散热仿真，根据实验室环境温度，将室温和固体初始温度均设置为29℃，仿真结果如图12、图13所示。实验室温度测量采用8通道热电耦测温仪TP700,测量环境为无人走动恒温密闭实验室，环境温度为29℃。将实验室温度测量结果与CFD 仿真结果进行比较，如表1、表2所示。

　　通过表1和表2的比较可以得出，仿真温度与实验室测量温度误差也仅有4.17 ℃，为0.17℃，说明本文所建立的LED 灯具散热模型比较符合实际工作情况，仿真比较高。同时，通过仿真还发现LED 灯具驱动电源工作温度过高，在后续产品开发过程中还可以有针对性地解决电源散热问题，提升LED 照明灯具产品的寿命和可靠性。

　　6 结论

　　边界条件设置、热阻计算、热量载荷分析和散热器等问题是LED 灯具CFD 仿真分析中的关键步骤，需要结合实验室温度测量进行验证和修正，才能得出较为准确的散热模拟仿真分析结果。CFD 散热仿真结果对LED 灯具开发设计具有重要的参考价值和指导作用，可以缩短研发周期、降低开发设计费用、提升LED 灯具产品的可靠性和竞争力。（作者：沈亚峰）