3.2.2 熱交換器（熱沉）的優化

　　散熱器的設計取決于其外部的條件，如空氣流動的類型和工作環境，這些都決定了器件的擺放位置及空氣流速。在本例中，熱沉被水平放置，因為流動方向不能選擇，故為了降低整體重量需要對散熱器的齒片形狀進行選擇。

　　散熱器外形優化有很多參數需要考慮，如齒片長度，數量，基座厚度等。由于上述參數都會對LED溫度有影響，故需要迭代程序對一系列參數進行評估。下面是對系列參數的研究結論：

　　1）熱沉基座厚度（t）?；谄溥B接冷板下面進而把熱量傳遞到整個面積上，故基座厚度對LED溫度影響很小。為了減少熱沉重量，在機械方面容許的情況下盡可能減少厚度。確定選擇厚度為5mm。

　　2)熱沉高度（H）. 熱沉的整體高度等于基座厚度(t)加上齒高(h)。齒高大小事此優化中最重要的參數。盡量的采取較高的尺寸，但注意不能遮擋光的限制。

　　3）齒片長度（l）。計算最優值是4.5mm。然而LED溫度對于齒片長度在最優值附近波動的敏感度很小。根據模擬情況，其值在3.5-6mm之間變換時溫度波動小于1度。所以在上述范圍內齒片長度都是可以行的。

　　4) 齒片寬度（w）。計算最優值是9mm。類似于齒長，齒寬在7.5-10mm之間變化時，溫度波動很小。

　　5）X方向齒數（Nx）。計算最優值40個，及此方向齒間距5.1mm。從熱模擬結果看，此算例中X方向的齒數在35-45之間變換。

　　6)Y方向齒數（Ny）。由于前照燈空間的限制，在最寬的邊上放盡可能多的齒，最窄邊放較少的數量。經計算最優值在為7個,其間距為4mm。7個以上也是可行的。

　　7）鋁質散熱器的最終優化熱沉重量少于800克。

圖9 熱沉參數及三維尺寸

　　因為此系列優化參數之間會互相影響（如齒長和齒寬），故在整個優化過程中需要同時考慮這些因素。（見圖10）

圖10 齒長和齒寬相互變化時LED溫度的變化A)3D視圖B)剖面圖

　　其它參數（如齒數）是獨立參數，可以單獨進行優化（如圖11）。

圖11 LED溫度和齒數的關系（X方向：深蘭色；Y方向：粉色）

　　總之，優化后的熱沉尺寸如下所示（單位：mm）

　　優化結果
t=5，H>30,h>25, l=4.5,w=9,Nx=8,Ny=7

　　可微調的參數（結溫變化小于1度）
3.5l6, 5w10,35Nx45,7Ny

　　4. 結論

　　此文闡述了對于高亮度LED燈應用在創新型汽車前照燈時采取的主動液冷方式及其優化。

　　文中說明了空氣冷去和被動液冷的方式要么不能滿足LED結溫最大容許溫度要么無法在實際中實現。雖然有的方法單從散熱分析的角度來看是可行的，但考慮到光學和機械方面又不能滿足要求。因此為了找到合適的散熱管理方法需要對前照燈設計進行全面考慮。

　　基于此主動式液冷方式被確定為最適合的優化方案。此文闡述了幾種不同的主動式液冷方案并進行了對比研究。散熱優化還包括了液體流動優化和熱沉優化進而最大可能的提高其散熱性能。在整個優化方案尋優中，熱方面不是唯一考慮的因素，所有相關的方面都加以了考慮如工藝制造和產品具體要求等方面。

　　隨著高亮度白光LED的發展，將來對特定光的供電功率會進一步持續降低。因此熱耗散量也會降低。隨著對系統加電功率的降低和熱耗散量的減少，冷卻方式可能又會采用被動冷卻的方式。