基于牛顿粘性定律和计算流体力学(CFD), 在实际项目的基础上探究了五种不同垂直截面形状的翅片式散热器在强迫对流条件下的散热性能, 最终根据其各自的散热性能和经济性筛选出最佳垂直截面形状的散热器为三角形截面翅片散热器, 与传统的矩形截面翅片散热器相比, 其散热性能提升了4.23%, 材料成本下降了17.95%。

通过数值模拟研究了交错式微针鳍散热器的散热效应，分析了针鳍阵列间距和高度对散热器壁温和压降的影响。结果表明，压降随针鳍间距和针鳍高度的减小而呈非线性增加；壁温随针鳍间距的增大而上升，随针鳍高度的增加则呈现出波动趋势。基于上述研究，进一步利用响应表面近似法对微针鳍的横向间距、纵向间距和高度进行了优化，优化后压降最大可降低61.11%。

为了研究采用微槽群复合相变换热技术的大功率太阳花散热器多角度投光的方向效应及综合散热性能, 实验研究了散热器高度、功率以及采用微槽群复合相变换热技术后的过余温度、平均对流换热系数随出光倾角的变化规律, 并获得了出光倾角的Ra与Nu关联式。研究结果表明: 出光倾角小于90°时, 微槽群散热器热源过余温度大幅低于型材散热器, 在高度为90 mm, 出光倾角为30°, 输入功率为80,100,120,200 W时热源温度分别降低了11.6,13.3,18.9,26.7 K, 呈现出功率越大降幅越大的趋势; 出光倾角大于90°时, 微槽群散热器热源过余温度略高于型材散热器, 原因是微槽群散热器内部的真空环境影响散热器的均温性; 输入功率越高, 方向效应越明显; 散热器高度越低, 平均对流换热系数越大, 对比高度60 mm与高度90 mm, 在出光倾角为0°时, 功率为80,100,120 W时分别提高了27.5%、23.8%和24.2%。因此, 设计LED灯具散热器时应综合考虑散热器的方向效应。

对大功率LED太阳花散热器肋片三角槽扩展表面的散热性能进行了数值模拟与分析,并对肋片长度方向的温度分布进行了实验验证。在考虑自然对流和辐射模型的条件下,研究了肋片表面三角槽的顶角α、槽宽s和槽深d对散热器肋片顶部最高温升ΔT_max、平均对流换热系数h和对流换热热阻R的影响。结果表明:顶角α在90°~120°范围内、向肋片根部倾斜的三角槽在增加散热面积的同时,改善了流场分布,从而显著地增强了太阳花散热器的散热性能;相比于槽宽s,槽深d对平均对流换热系数h影响更为显著,较小或较大的槽深会因平均对流换热系数h的大幅降低而恶化散热效果。

印制电路板（PCB）厚度方向的导热系数比平面方向的导热系数小得多, 为了改善板厚度方向的导热性能, 提出了一种改进的自然对流冷却散热方式。首先, 通过在PCB板中设计热过孔并在其背面安装散热器, 应用热分析软件Icepak对散热模型进行仿真, 优化设计散热器翅片的厚度和数目对功率器件温度分布的影响; 然后, 根据优化后的结果, 选定最佳修正尺寸, 制作测试结构; 最后, 采用热电偶法对其进行实验测试, 结果表明此散热结构可有效降低器件的温度。

为了增强发光二极管(LED)散热器的散热能力并降低其质量,对传统LED太阳花散热器进行了开缝交错设计。利用Solidworks软件建立散热器三维模型,通过其插件Flow Simulation进行热仿真。以传统太阳花散热器为基础模型,通过实验得到此模型4个监测点的实际温度与仿真所得温度的平均误差为4.6%,在允许范围内,证实了仿真步骤的正确性。以此为基础,对不同开缝数量和开缝宽度对LED芯片最高温度的影响进行了研究,结果表明开缝交错设计明显增强了LED散热器的对流散热性能。当输入功率为26 W、开缝数量为9、开缝宽度为1 mm时,LED芯片的最高温度为122.15 ℃。在模型参数相同的条件下,配备开缝交错设计散热器的LED的最高温度比配备传统太阳花散热器的LED下降了8.68 ℃,且散热器质量下降了6.85 g。在自然对流条件下,开缝交错设计有效地延缓了热边界层的形成,改善了流场分布,增强了太阳花散热器的散热性能,并降低了其质量。

为了提高发光二极管(LED)的散热能力, 基于烟囱效应, 在传统太阳花散热器外侧加装圆筒壁, 形成特殊的烟囱结构。运用Solidworks软件构建三维模型, 用其插件Flow Simulation进行热仿真, 并以散热器翅片数12个、最大直径70 mm、高度40 mm为基础模型参数, 进行优化研究。研究表明, 在翅片数为20个、最大直径为85 mm、高度为65 mm时, LED圆筒太阳花散热器的散热效果最好。此时, LED的最高温度为48.98 ℃, 比优化前降低了13.05 ℃。当功率为8, 12, 16, 19 W时, LED芯片的最高温度都满足LED工作的安全要求。对功率为8 W的LED散热器样品的实验测试结果表明, 4个监测点的实际温度与仿真所得温度的平均误差为4.8%, 在允许范围内, 验证了研究的正确性。在功率为32 W时, 配备圆筒太阳花散热器的芯片最高温度仍满足低于125 ℃的技术要求, 并比配备传统太阳花散热器的芯片温度低6.44 ℃。所设计的LED圆筒太阳花散热器为解决大功率LED散热问题提供了一个新的途径。

为了提高发光二极管（LED）的散热性能，基于烟囱效应原理，设计了一种特殊的直筒式烟囱结构的LED冷却用散热器。通过Solidworks软件构建三维模型，利用其插件Flow Simulation对构建的模型进行热仿真。研究了不同烟囱高度、通风口形状和大小对烟囱效应散热效果的影响。研究结果表明：烟囱效应有效地提高了散热器的对流散热性能。当烟囱高度为50 mm、通风口等效直径为8 mm、通风口形状为梯形时，LED最高温度为61.60 ℃，比优化前降低了6.54 ℃。与传统散热器对比，LED最高温度降低了8.89 ℃。实验中4个监测点的实际温度与仿真所得温度的平均误差为4.0%，在允许范围内，验证了以上研究的正确性。所设计的散热器可以很好地满足自然对流条件下LED的工作要求。

为了提高LED灯具的散热能力, 基于烟囱效应原理, 设计了一种新型的LED灯具散热结构。该结构仅采用一块圆柱状基板, 不需要散热器, 突破了传统LED灯具的构造模式。运用软件Solidworks构建三维模型, 用其插件Flow Simulation进行热仿真。当功率为10 W时, LED芯片最高温度为81.34 ℃。当功率增加到15 W时, 最高温度变为105.54 ℃, 高于芯片安全工作温度85 ℃。因此, 本文提出在基板中间加入散热器的改进方案, 使LED芯片最高温度下降了30.79 ℃。并以散热器翅片数12个、内环直径20 mm、翅片厚度1 mm为基础模型参数, 进行优化试验。研究表明: 在翅片数为12个、内环直径为12 mm、翅片厚度为1 mm时, LED异形灯的散热效果最好, 此时, LED异形灯的最高温度为72.21 ℃。当功率为8, 13, 15, 17, 19 W时, LED异形灯芯片的温度都满足LED工作的安全要求。经过对8 W的LED异形灯样品的实验测试, 测得其最高温度为53 ℃, 与仿真结果仅相差1.01 ℃, 证实了研究的准确性。所设计的LED异形灯, 为解决大功率LED散热问题提供了一条新的途径。

以某中等功率LED灯具为例, 设计了塑料散热器的基本构型。采用数值仿真的办法对散热器的性能进行分析, 并根据分析结果进行结构改进与优化。结果表明, 在同样构型下塑料散热器散热性能低于铝合金散热器; 与传统铝合金散热器不同, 当肋片高度达到30 mm后, 塑料散热器的散热能力趋于稳定; 虽然导热塑料的红外发射率较高, 仿真分析表明通过热辐射散出的热能只占总热很小的一部分, 所以塑料散热器的设计应以增加对流换热面积为主, 增加肋片与环境的视角系数是次要考虑因素。改进优化后的塑料散热器达到了和铝合金散热器相近的散热性能, 总质量较铝合金散热器减轻了30%, 验证了塑料散热器在降低产品重量方面的优越性。