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    LED行業中的傳熱學問題之一——“熱阻”概念被濫用

    發布時間:2017-05-17 來源:秦彪 責任編輯:wenwei

    【導讀】LED散熱中,溫度不高(不超過100℃),屬常溫傳熱,無相變等復雜過程,功率也不大,單顆LED晶片也就是1~2W,從傳熱學和技術來講,LED散熱非常簡單,只涉及到傳熱學中非常小的部分—導熱傳熱和對流傳熱(主要是空氣自然對流傳熱),其中導熱傳熱就可利用現成的傳熱計算機軟件,得到非常準確的解。
     
    一、引 言
     
    LED由于其節電、環保、長壽命,被公認為人類下一代照明技術,LED照明應用普及的最大阻礙是LED燈價格高,價格高又是由于散熱問題所致。
     
    散熱屬于傳熱中的一部分。人類對傳熱的研究已有上百年的歷史,上世紀60~70年代是人們對傳熱研究的頂峰時期,其主要動力是人類開發航空航天的需求。那時代,傳熱技術領域聚集了許多優秀人才,出了不少知名人士,隨著傳熱學及技術日益成熟,人們對傳熱研究熱情逐漸減小,目前傳熱學及技術的專業人員非常少,傳熱學及技術已是非常之成熟,就像似成熟的果子,掉到地上被樹葉遮蓋,不被現在的人們看見。
     
    LED散熱中,溫度不高(不超過100℃),屬常溫傳熱,無相變等復雜過程,功率也不大,單顆LED晶片也就是1~2W,從傳熱學和技術來講,LED散熱非常簡單,只涉及到傳熱學中非常小的部分—導熱傳熱和對流傳熱(主要是空氣自然對流傳熱),其中導熱傳熱就可利用現成的傳熱計算機軟件,得到非常準確的解。
     
    導致LED散熱簡單問題被復雜化的原因有:知識斷層,擁有成熟的傳熱知識的人員參于到LED散熱研究的甚少,人們沒有去拔開地面上的樹葉,撿起那些熟透的果子,將人類成熟的傳熱知識移植到電子行業內,而是重新育種、栽樹。
     
    LED行業(或者說電子行業)中的傳熱學可以說是另起爐灶的,從該行業所創造出的新名詞:“主動散熱”、“被動散熱”、就能說明這一點。還有行業中非常熟悉的名詞“熱沉”,聽起來不知是什么意思,英文“Sink”在傳熱學及技術中也是非常罕見的名詞。以下將已有的成熟的傳熱學稱為“正統傳熱學”,而LED行業(電子行業)中的傳熱學稱為“行業傳熱學”,行業傳熱學的分析問題思路和理念與正統傳熱學不一致,本文將從行業“熱阻”概念的應用來分析,LED行業中傳熱學的問題。
     
    “熱阻”概念在行業傳熱學中被濫用,明顯表現出“電子電路學”的烙印,將整個LED散熱過程分解成數多“熱阻”元件的串聯與并聯,如圖1所示的LED散熱過程熱阻分析圖,在LED行業非常普遍,就像電路中的電阻一樣。
     
    LED行業中的傳熱學問題之一——“熱阻”概念被濫用
     
    在電子電路中,串聯電路中的電阻不分前后;并聯電路中的電阻不分左右,但傳熱過程并不是這樣。在電子電路中:電阻的串并聯關系是非常明確的,電阻的阻值,基本是人為設定,或用儀器可直接測量出或推算出。但在傳熱過程中,特別是在LED散熱過程中,沒有明確清晰的熱阻串并聯關系,不能簡單計算出其熱阻數值,如果采用“熱阻”法,來計算分析,就將簡單問題復雜化。正統傳熱學中很少用“熱阻”概念來分析傳熱過程。
     
    以下通過兩實例分析比較來進一步說明。
     
    二、“熱阻法”與正統傳熱學法對比
     
    LED行業中的傳熱學問題之一——“熱阻”概念被濫用
    LED行業中的傳熱學問題之一——“熱阻”概念被濫用
    LED行業中的傳熱學問題之一——“熱阻”概念被濫用
    LED行業中的傳熱學問題之一——“熱阻”概念被濫用
    LED行業中的傳熱學問題之一——“熱阻”概念被濫用
    LED行業中的傳熱學問題之一——“熱阻”概念被濫用
    LED行業中的傳熱學問題之一——“熱阻”概念被濫用
     
    結束語:
     
    1、LED散熱技術創新固然重要,但是正確的傳熱學基礎知識補課更重要;
     
    2、“熱阻”概念不可濫用,否則簡單的傳熱問題會被復雜化;
     
    3、板式熱管用于LED照明燈散熱是一件荒誕的事。
     
    參考文獻:
     
    1、《傳熱學》西安交通大學,楊世銘主編,人民教育出版社1980年;
     
    2、《傳熱學》山東工學院,俞佐平主編,人民教育出版社出版1979年;
     
    3、O′Neill,P.S,,Chemical Engineering Progress,Vol.67,No.7,P.80~82,1971。
     
    作者簡介:秦彪,清華大學熱能系87級博士,主向為能源及環保,傳熱學及技術是其專業基礎,早在85年第一項專利申請就是傳熱產品。從2006年開始關注計算機散熱,申請并獲得多系列有關CPU散熱的專利,2008年開始研發LED散熱,已有系列專利申請,涵蓋LED燈具散熱、芯片封裝、模塊標準化,將成熟的先進傳熱技術引入電子芯片散熱領域,將對整個行業產生深遠影響。
     
     
     
     
     
     
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