在能源危机日渐加重的今天,以LED(Light Emitting Diode)为主的半导体照明产业在最具发展潜力的高新技术领域中占有一席之地。LED光源具有的诸多优点,必使其代替传统的白炽灯、卤钨灯、氙灯,成为汽车照明系统的“第四代”光源。在汽车照明中LED主要适用在仪表灯、尾灯及前照灯。但由于LED芯片较小,外加汽车前照灯狭小的空间及靠近发动机的特殊位置,使得车灯的散热问题显得异常重要。若热量堆积过多,将导致LED使用寿命骤减和光强减弱等问题,从而影响LED在汽车前照灯上的应用。针对LED汽车前照灯的热管理问题,总结该领域在国内外的发展及研究现状,对比分析了自然对流、强迫对流、热管、液冷、半导体等不同散热方式的优缺点。与此同时,查阅整理了大量相关文献,分析LED芯片热量产生的原因及传递途径,从而找到解决LED散热的关键。本文以某款大功率LED汽车前照灯为研究对象,首先通过数值仿真及试验测试方法,分析该款LED前照灯的散热性能;再次根据其散热需求,提出一种风冷散热系统,利用汽车行进时的流动风,将LED芯片产生的热量迅速带走,并通过数值模拟方法验证;在无风条件下,对翅片进行优化模拟,通过自然对流保持LED芯片正常散热;考虑到该散热系统与外界相通,为避免尘埃、水滴等进入车灯腔体,对风道进行优化设计,使其达到防水防尘的目的。本文的具体研究内容概括如下:(1)针对某款LED汽车灯,对其建立物理模型、进行网格划分和设置边界条件,通过计算传热方法,模拟车灯内真实温度及流态情况,分析可得:在25℃及加装风扇时,远光灯LED温度为58.54℃,近光灯LED温度为48.96℃,散热翅片上温度的分布具有较为明显的梯度特征,其整体散热效果较好。与此同时,进行试验测试,通过误差计算来验证数值模拟方法的可靠性。(2)针对车灯工作的实际情况,其狭窄的散热腔体以及高温环境,促使其结构必须得到有效改善,故而提出一种利用行进时的流动风的风冷散热系统。通过数值模拟方法可知,在75℃环境下,当无风时,远光灯LED最高温度为126.91℃,对流换热系数为2.36W/(K·m2),努塞尔数Nu为1.35,而近光灯LED最高温度为118.48℃,对流换热系数为2.50W/(K·m2),努塞尔数Nu为1.19,其散热条件并不理想;当有风时,风速为0.5m/s时,远光灯芯片温度降至90.51℃,其对流换热系数和努塞尔数分别增至10.42W/(K·m2)和5.95,增幅可达3.42倍和3.41倍,近光灯亦是如此,而且随着风速增大,其散热效果愈发明显;通过正交试验方法对风口参数及远、近光灯翅片参数进行优化设计,得到最优结果,最终确定散热系统结构,其远光灯LED芯片最高温度为116.96℃,近光灯LED芯片最高温度为111.96℃,均小于LED的结温温度120℃,其对流换热系数分别为2.97W/(K·m2)和2.72 W/(K·m2),分别提高25.85%和8.09%。(3)针对该风冷散热系统,为避免尘埃、水滴等进入而造成车灯失效,故而对风道进行优化设计以实现防水防尘效果。为减少复杂性条件,本文仅对液滴流进行相关研究。利用重力和惯性原理以及挡板来阻挡减缓液滴速度,通过T型管设计,使液滴流在风道内形成气液分离,液体通过支管导向外界而气体则通入散热系统使芯片风冷散热,使散热系统的整体安全有所保障。通过多相流模拟分析,在较佳模型中,当入口速度为5m/s时,挡水率可达99.50%;当入口速度增至20m/s,挡水率为52.29%。本文主要对LED汽车前照灯提出了一种新的散热理念,通过对散热系统的整体优化设计,为LED在前照灯领域的进一步应用提供了可能,具有一定的实际指导意义。