第一章 緒論 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 2 第二章 基本理論與文獻回顧 5 2.1 LED燈具架構 5 2.2 文獻回顧 5 2.2.1 矩形散熱鰭片於自然對流下之實驗探討 6 2.2.2 矩形散熱鰭片於自然對流下之數值模擬 8 2.2.3 垂直熱板之最佳間距 9 2.2.4 矩形擴散板最佳厚度 10 2.2.5 均溫板之簡化模擬 10 2.2.6 高功率LED燈粒配合均溫板散熱模組 11 第三章 模型建構與基礎理論 17 3.1 物理模型建構 17 3.1.1 模型參數分析 17 3.1.2 模型建構 18 3.1.3 模型邊界限制 19 3.2 數學模型 20 3.2.1 The Boussunesq Model 20 3.2.2 統御方程式 21 3.2.3 邊界條件 22 3.3 數值方法 23 3.3.1 統御方程式 24 3.3.2 其餘離散化方程式 25 3.3.3 相關參數 25 3.4 模擬參數 26 3.4.1 其餘離散化方程式 26 3.4.2 尺寸變異參數 26 3.5 流固耦合計算之網格建立 28 3.5.1 流固耦合邊界層格點測試與進出口範圍 28 第四章 單節距鰭片之流固耦合計算結果與尺寸分析 43 4.1 單鰭片節距輸入瓦數熱通量之估算 43 4.2 流場行為與不同穿孔長度對熱沉性能影響之探討 44 4.3 底板厚度、鰭片間距與穿孔寬度對性能之綜合影響 45 4.4 鰭片高度與其片長度對熱沉性能影響 47 第五章 熱沉之固相熱傳分析 56 5.1 單鰭片節距輸入瓦數熱通量之估算 56 5.2 四分之一熱沉固態熱傳計算結果分析 57 第六章 四分之一熱沉之流固耦合計算分析 63 6.1 四分之一熱沉流固耦合模型建構 63 6.2 四分之一熱沉之流固耦合計算分析結果 64 第七章 結論與未來方向 70 7.1 結論 70 7.2 未來方向 71 參考文獻 72 圖表目錄 圖2.1 (a) 燈具架構的縱向截面圖 14 圖2.1 (b) 燈具架構的橫向截面圖 14 圖2.2 L = 127mm 時鰭片寬度/高度與最大熱傳量關係[5] 15 圖2.3 L = 254mm 時鰭片寬度/高度與最大熱傳量關係[5] 15 圖2.4 L=381mm時鰭片寬度/高度與最大熱傳量關係[5] 16 圖2.5 矩形鰭片於自然對流下實驗數據與關係解比較圖[7] 16 圖3.1 廠商原LED燈具熱沉工程圖 36 圖3.2(a) 尺寸編號剖視圖 36 圖3.2(b) 尺寸編號俯視圖 37 圖3.2(c) 尺寸編號等角視圖 37 圖3.3 局部對流區塊示意圖 38 圖3.4 最佳尺寸分析流程圖 38 圖3.5(a) 二分之一節距矩形鰭片水平擺放固相計算模型 39 圖3.5(b) 二分之一節距矩形鰭片水平擺放流固邊界範圍示意圖 39 圖3.5(c) 二分之一節距矩形鰭片水平擺放流固模型之邊界條件 40 圖3.6 Segregated Solution Method 求解流程[14] 41 圖3.7速度與溫度邊界層對邊界層厚度無因次化參數圖[15] 41 圖3.8局部平均熱對流係數定義圖 42 圖4.1單節距鰭片中心面流場速度分佈 49 圖4.2不同穿孔長度對內外部區平均熱對流係數影響 50 圖4.3 固定間距、穿孔寬度與底板厚度對中心溫度與穿孔長度關係圖 50 圖4.4 固定間距下不同底板厚度對 與穿孔寬度關係圖 51 圖4.5 固定間距與穿孔長度下不同穿孔寬度對中心溫度與底板厚度 關係圖 51 圖4.6 固定間距下不同穿孔寬度對內部區與外部區熱對流係數與底 板厚度關係圖 52 圖4.7 固定間距下不同穿孔寬度對中心溫度與底板厚度關係圖 52 圖4.8 固定間距下不同穿孔寬度對內部區與外部區熱對流係數與底 板厚度關係圖 53 圖4.9 固定間距下不同穿孔寬度對中心溫度與底板厚度關係圖 53 圖4.10 固定間距下不同穿孔寬度對內部區與外部區熱對流係數與底 板厚度關係圖 54 圖4.11 各間距之最大穿孔寬度對中心溫度與底板厚度關係圖 54 圖4.12 不同穿孔長度下中心溫度與鰭片高度關係圖 55 圖4.13 不同穿孔長度下中心溫度與鰭片長度關係圖 55 圖5.1 穿孔長度變化示意圖 60 圖5.2 中心與中央鰭片邊緣溫度量測位置圖 60 圖5.3 矩形穿孔鰭片熱沉之底板溫度分佈 61 圖5.4 矩形穿孔鰭片熱沉之底板溫度分佈 61 圖5.5 矩形穿孔鰭片熱沉之底板溫度分佈 62 圖5.6 矩形穿孔鰭片熱沉溫度分佈等角視圖 62 圖6.1 四分之一熱沉水平擺放流固耦合計算分析之邊界條件 66 圖6.2 四分之一熱沉水平擺放之固相模型 66 圖6.3 四分之一熱沉穿孔長度示意圖 67 圖6.4 四分之一熱沉之流固耦合計算分析流場速度圖 67 圖6.5 加熱區為8cm x 8cm之矩形穿孔鰭片底板溫度分布圖 68 圖6.6 加熱區為8cm x 8cm之矩形穿孔鰭片底板溫度分布圖 68 圖6.7 加熱區為6cm x 6cm之矩形穿孔鰭片底板溫度分布圖 69 表 2.1 實驗裝置尺寸表[2] 13 表 2.2 實驗裝置尺寸表[3] 13 表 3.1 尺寸參數組合表 32 表 3.2 尺寸參數組合表 32 表 3.3 尺寸參數組合表 33 表 3.4 尺寸參數組合表 33 表 3.5 尺寸參數組合表 34 表 3.6 邊界層最小格點距離檢測表 35 表 3.7 出口距離檢測表 35 表 3.8 進口距離檢測表 35 表 5.1 中心與中央鰭片邊緣溫度差異表 59