以热传导流入肋片热量与通过空气与肋片间的对流所散出的热量及湿空气凝结所需热量之和相等作为条件, 构建了可以实际反映温室环境影响下的植物生长用LED灯具散热结构的温度分布模型。通过实验结合仿真模拟, 实现对温室环境的物理仿真模型的建立, 并以模型得到了灯具处于最为恶劣的工况下的空气物理参数。结合具体的空气物理参数以及所构建的数学模型, 计算出了悬挂在温室中部2.5 m高度处的150 W植物生长用LED灯具在最为恶劣的工况下的散热结构关键节点的温度数值, 并运用红外热像仪, 对关键温度节点进行了收集。数据表明, 计算值与实验值及仿真值的数值误差均不超过5%, 验证了模型的正确性, 对具体的植物生长用LED灯具的散热结构的设计具有积极的指导作用。

以通过热传导流入肋片热量与通过空气与肋片间的对流所散出的热量相等作为条件, 分别讨论翅片串接与翅片并接两种情形, 以热流传递的连续性作为关联条件, 并通过结构基座的温差及翅片顶端的热流为零这一求解条件, 推导出了整个散热结构的温度计算求解方程。并以某型铝制散热结构作为分析对象, 通过实验与仿真得到了该型散热结构关键节点的温度数值, 并与计算值进行了对比, 验证了所构建的计算模型的正确性。

为提升高热流密度下LED灯具的自然对流散热性能，以一款基于热电制冷(TEC)的单颗LED小型灯具模组为研究对象，在采用实验测量和回归拟合准确获得TEC性能参数的基础上，建立了有无TEC参与散热的等效热路模型，并选择合理的数学公式对其进行性能描述，进而遵循本文设计的计算流程快速得到各种散热性能数据。LED模组的散热分析表明：在恒定的LED热功率下，施加最佳的TEC电流可获得最高的散热性能；LED热功率越低，安装TEC的散热性能越比常规方法优异。经遗传算法优化前后的性能对比分析表明：优化后结构中TEC的合理工作区明显增大，能满足LED更高功率的散热需求；当LED为0.493 W时，优化后结构的最佳结温仅为15.66 ℃，远低于30 ℃的环境温度。基于TEC实验数据建立的等效热路模型，能为装配TEC的LED模组提供快速完整的散热设计分析与结构优化的合理方案。

设计了一种LED汽车前大灯散热器结构, 该结构主要由一条通风管和一台无叶风扇组成.在SolidWorks软件中建立该散热结构模型, 并导入FloEFD软件进行散热仿真, 得到LED结温温度为148℃.提出在通风管中填充矩形翅片和填充蜂窝结构两种改进方案.仿真结果表明, 采用两种改进方案后LED汽车前大灯的结温温度分别下降至102.01℃和86.20℃.对填充蜂窝结构方案进行正交优化试验, 分析得出影响该系统散热性能的因素依次为: 蜂窝等效直径、蜂窝类型、填充长度、壁厚和通风管长度.按照该顺序优化参数值, 得到最优散热结构.仿真结果表明, 经过正交优化后, LED汽车前大灯的温度降为75.17℃, 进一步提高了整体结构的散热性能.最后分析了该结构的基板温度与风速的关系, 结果表明当风速低于5 m/s时, 温度随着风速的增大急剧降低, 当风速高于5 m/s时, 温度下降趋势相对缓慢.

针对LED散热器热分析常用的热传导分析模型与流固耦合分析模型存在适用面窄与计算量大的不足, 研究了LED散热器热分析的建模方法。提出了一种可以用热传导分析模型等效简化流固耦合分析模型的方法, 该方法能快速得到散热器的温度状态并能从等效换热系数h获得LED散热器所需风扇的技术参数即风扇流量, 有助于风扇规格的选择。以一款LED车灯风冷散热器的热分析为例, 表明提出的等效简化建模方法不仅可以提高分析计算效率, 而且具有良好的实用价值。

为考察装配板状肋片散热器的多角度照射型LED灯的自然对流散热性能的方向效应, 以一款LED投光灯的关键散热结构为研究对象, 采用实验测量法验证数值模拟的计算精度, 并将数值模拟的温度和流体数据用于分析3种驱动电流和7个出光倾角下最大温升和温度均匀性的散热机制。结果表明: 不同倾角下的散热器肋间风道内的流速分布的较大差异, 是导致最大温升和温度均匀性变化的根本原因; 最高温度点的上、下游流速的差值可用于定量解释温度均匀性的变化规律。不同倾角下肋片间距对最大温升的影响趋势表明: 最佳间距附近的散热器性能对倾角的敏感度最高, 散热能力的方向效应不容忽视。

为提高LED的散热性能, 研究了肋片截面形状及安装角度对LED散热性能的影响, 获得了较优的肋片横截面形状和最佳肋片安装角度。首先, 利用Matlab软件对矩形截面和三角形截面进行数值计算, 选择具有较优截面形状的肋片制作3个实物模型;接着, 通过温度场测试实验, 对3种不同肋片安装角度的模型进行温度场分析, 比较并利用Ansys仿真反求出各个模型的表面对流换热系数, 进一步验证安装角度对LED散热性能的影响;最终获得较优的肋片截面形状为矩形, 最佳安装角度为90°(即垂直于水平面)。