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第四代照明光源——LED以其绿色环保、节能高效、长寿命等优势,广泛应用于各种照明产业。随着LED产业的迅速发展,LED向着高亮度、高集成度、高功率化方向发展,但这也加剧了LED芯片的散热难度,导致结温急剧上升,严重影响LED的性能和工作寿命。因此,能否有效地解决制约LED发展的散热问题成了当务之急。本文以高辐射阵列式大功率LED芯片模组及其水冷散热器为研究对象,分析了整个LED水冷散热的传热过程,探索传热过程中的散热瓶颈问题,在此基础上研究LED模组封装中影响模组热阻的关键因素以及不同类型的水冷散热器散热性能。论文主要研究内容如下:(1)对基于COB封装的LED模组,采用热模拟分析方法研究了五种不同芯片密度的基板热模型(b=a、b=1.5a、b=2a、b=3a和b=4a,其中a为芯片直径,b为单位基板直径);通过有限元仿真计算,获得氮化铝陶瓷基板的最大热阻随其厚度的变化规律,以及基板在不同芯片间距下的最佳厚度。以b=2a的基板为例,利用数值理论推导出基板最大理论热阻的无量纲表达式,以此求解出的最大理论热阻与模拟值相比误差在7%以内,证实了模拟分析方法的准确性;(2)针对三翅片、五翅片、七翅片和九翅片四种翅片式水冷散热器,以及对翅片式进行改良的三翅片加扰流柱式和一种多孔流道式共六种水冷散热器,基于ANSYS19.0Icepak热仿真研究方法,分析了影响散热器散热性能的因素并对比了各散热器的性能优劣。结果发现增加翅片数目,芯片的最高温度和最大温差会逐渐下降,而压差迅速递增,其中七翅片式散热器是翅片式散热器中对芯片模组均温性、结温和压差控制最合理的设计;三翅片加扰流柱式芯片温差控制最佳,仅7.2℃,但压差最大;多孔流道式水冷散热器的压差控制最好,即使泵的流量达到25L/min,它的压差也仅有1000多Pa,但对芯片结温和模组温差控制较差;(3)对七翅片式和多孔流道式这两种典型水冷散热器进行热模拟实验研究,在相同流速下对比分析其散热性能,同时利用实验中测得的监控点温度与模拟仿真得到的温度作对比,误差分别为3.5%和2.9%,证实了仿真分析方法的准确性。