基于Fluent的LED路灯模组散热仿真设计
LED散热设计及ANSYS分析
大功率LED路灯的散热结构设计和参数优化时间：2011-04-21 15:23:34 来源：电子设计工程作者：庄四祥，张跃宗，梁鸣娟，卿笃碑摘要：为了达到对大功率LED路灯产品既降低制造成本(散热器质量)又加快散热的目的，优化了LED路灯散热器结构。
在对原有结构参数化建模及热分析的基础上，采用正交试验分析了散热器中平板厚度、翅片厚度、翅片间距、翅片高度4因素对产品质量与散热效果的影响，并研究了同一结构下热传导与热对流两种方式对散热的影响，最终得出了一个较为理想的优化结果。
数据结果表明，改进后的散热器最高温度较原始模型下降了11℃以上，同时，质量降低了约15．3％。
关键词：大功率LED路灯；热分析；散热结构；ANSYS目前，LED照明产品正在逐渐取代传统的照明灯具成为主流照明产品。
对于高功率的LED 路灯而言，光效是灯具设计师关注的重点，然而，LED模组的低结温是实现长寿命和高光效的至关因素。
现实中，有很多关于路灯早期失效的报道，称之为死灯，这对公共照明来说是一个极大的制约。
因此，如何降低大功率LED产品的结温是研究热点问题之一。
众所周知，LED光电转换效率制约在15％～20％，其余的电能几乎全部转换成热能，因此在LED产品工作时，将会产生大量的热量。
当多个LED密集排列组成路灯时，热量的聚集效应更为严重。
若不将此热量尽快散出，随之而来的热效应将非常明显。
这将会引起芯片内部热量聚集，导致发光波长漂移、出光效率下降、荧光粉加速老化以及使用寿命缩短等一系列问题。
本文利用有限元分析软件ANSYS对LED路灯进行了热分析，对其散热结构进行了设计与优化，达到了降低制造成本又加快散热的效果。
1 散热器结构设计与建模通常条件下，热量的传递有3种方式：传导、对流和辐射。
因辐射散热量非常小，所以本文主要讨论传导和对流2种传热方式。
在LED路灯中，热传导主要表现在封装结构与散热器中，而热对流主要靠散热器来体现。
因此，在大功率LED路灯中，外部散热器的结构设计非常关键，直接影响整个系统的散热能力。
热流仿真分析在高功率LED散热设计中的应用
热流仿真分析在高功率LED散热设计中的应用随着LED技术的不断发展，高功率LED的应用越来越广泛，而其中散热问题也越来越受到关注。
好的散热设计不仅可以保证LED的长期稳定工作，还能延长其寿命。
在散热设计中，热流仿真分析被广泛应用，因其可以帮助工程师更好地了解LED散热过程中的各种热学参数，从而实现更优秀的散热设计。
热流仿真分析是指使用计算机模拟技术，将LED散热设计中的热流场分析、热传导和对流散热等问题进行数值模拟，从而对散热性能进行评估和优化。
其本质是通过对LED芯片内部和周围材料在热传导方面的特性进行模拟和分析，预测LED散热性能、继而进行优化设计的过程。
一般的散热设计工程师在设计LED的散热方案时，首先要对LED的使用环境进行分析，包括空气温度、空气流速、LED灯具的结构、使用寿命等等。
然后，需要了解LED芯片的热性能参数，比如导热系数、材料的热容量、散热器的热传导性能等。
最后，采用热流仿真软件，将这些信息输入计算机，进行热流仿真分析，得出LED散热设计的初步方案，继而进行评估和改进，以达到最优化的散热效果。
在LED散热设计中，热流仿真分析的应用有以下几个优点：1、不同散热设计的比较通过热流仿真分析，工程师可以针对不同的散热方案，进行模拟分析，然后通过比较各种参数的结果，找出最优的散热设计方案。
这种分析方法可以帮助工程师节省时间和成本，避免在实际应用中出现故障和不必要的损失。
2、预测LED使用寿命热流仿真分析可以模拟LED的热流场，并通过计算各种参数的值，预测LED使用寿命。
因为LED灯在高温环境下，其使用寿命会缩短，而热流仿真可以帮助工程师减少LED温度升高的影响，延长使用寿命。
3、降低散热设计成本在LED散热设计阶段，通常需要尽可能地降低成本，热流仿真分析可以通过数值模拟，实现对LED散热器的优化，降低制造成本。
同时，实现更优秀的LED散热设计，可使LED产品的工作性能更高，降低生产成本。
LED灯具散热设计
LED路灯与常规高压钠灯路灯不同的是，大功率LED路灯的光源采用低压直流供电、由GaN基功率型蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光二极管，具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优点，可广泛应用于城市道路照明。
外罩可用PC管制作，耐高温达135度，耐低温达-45度。
发光二极管(LightEmittingDiode，简写为LED)是基于半导体PN结形成的用微弱的电能就能发光的高效固态光源，在一定的正向偏置电压和注入电流下，注入P区的空穴和注入N区的电子在扩散至有源区后经辐射复合而发出光子，将电能直接转化为光能。
优点1、LED路灯本身的特性——光的单向性，没有光的漫射，保证光照效率。
2、LED路灯有独特的二次光学设计，将LED路灯的光照射到所需照明的区域，进一步提高了光照效率，以达到节能目的。
3、LED的光源效率目前已达110-130lm/W，而且还有很大的发展空间，理论值达250lm/W。
而高压钠灯的发光效率是随功率增加才有所增加，因此，总体光效LED路灯比高压钠灯强；(这个总体光效是理论上的，实际上250W 以上高压钠灯的光效高于LED）。
4、LED路灯的光显色性比高压钠灯高许多，高压钠灯显色指数只有23左右，而LED路灯显色指数达到75以上，从视觉心理角度考虑，达到同等亮度，LED路灯的光照度平均可以比高压钠灯降低20%以上，（参照英国道理照明标准）。
5、LED路灯的光衰小，一年的光衰不到3%，使用10年仍达到道路使用照度要求，而高压钠灯光衰大，一年左右已经下降30%以上，因此，LED 路灯在使用功率的设计上可以比高压钠灯低。
6、LED路灯有自动控制节能装置,能实现在满足不同时段照明要求情况下最大可能的降低功率，节省电能。
Spark 智能LED路灯可实现电脑调光，分时间段控制，光线控制，温度控制，远程控制，自动巡检等人性化功能。
7、LED是低压器件，驱动单颗LED的电压为安全电压，系列产品单颗LED功率都为1瓦，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所（例如：路灯照明、厂矿照明、汽车照明、民用照明等）。
(完整版)利用FLUENT软件模拟流固耦合散热实例
Symmetry Planes
Air Outlet
Electronic Chip (one half is modeled) k = 1.0 W/m∙K Q = 2 Watts
Circuit board (externally cooled) k = 0.1 W/m∙K h = 1.5 W/m2∙K T∞ = 298 K
在Scale Grid菜单中，选择Grid was created in inch, 点击 change length units, 然后再点击 Scale, 得到正确 大小的计算区域。
3 . 选择求解器，物理模型 ① Define—Model--Solver
② Define—Model--Energy
7.用体相分割，得到流体区域Volume 2
Volume 2 split with volume 3
Volume 2
Volume 3
划分网格
1.将chip边划分为15*7*4
7 4
15
2.划分其他边的网格
8 16 16
44
100 100
8
16
16 4
划分数：
Board沿Y向边： 4 Board沿Z向边： 8 Fluid 沿Y向边： 16 沿X方向长边： 100
⒊
在Solid面板中,勾选Source Terms，然后选择Source Terms菜单，点击Edit，进入Energy面板，将数值设为1， 菜单将扩展开来，从下拉选项中选择constant, 然后将前面数值设定为904000，然后确认OK。
④ 指定速度入口条件
在Boundary Conditions面板中,Zone下面选择inlet, 确认Type下为velocity-inlet,点击Set进入到Velocityinlet面板中，在velocity specification method右边选 择Magnitude and Direction, 菜单展宽。 在Velocity Magnitude后面输入1, 在x-Componen of Flow Direction后面输入1，其他方向保持为0。表 示air流体沿x方向以1m/s的大小流动。 选择Thermal 菜单将Temperature设定为298K。
基于Flo EFD的LED灯具散热迭代设计方法
（ ｍ ＊Ｋ） ） 和熔 点温 度 （ Ｋ） 。材质表 如表 １ 所示 。
表 １ 因 试 验 相 关 零 件 材 质 表
２ 散 热 器 温 度 场 。 模 型
不 影 响分析结 果 的精 确度 和可 靠性有 如下假 设 ： （ １ ） Ｌ Ｅ Ｄ做为一个 整 体部 件 ， 忽略 Ｌ Ｅ Ｄ 内部 结构 热阻， ６ ． ７ Ｗ的做 为芯 片的输入 功率 层 ； （ ２ ） 忽 略 芑 ： 片铝基板 与散 热器之 问导 热硅脂 热 阻 ； （ ３ ） 散热 器 以导热 和空气 自然对 流换热 为 主 ， 忽 略 散热器 叶 片之 间的涡 流影响 。
通 馋 电 ．第 ５ 期
】 Ｉ ：
Ｓ ｅ ｐ ．２ ５ ，２ ０ １ ７ ，Ｖｏ １ ．３ ４ Ｎｏ ． ５
Ｔｅ ｌ ｅ ｃ ｏ ｍ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ ９ ３ ９ ９ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｔ ｐ ｔ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ５ ． ０ ４ ４
Ｗ Ｕ Ｘ ｆ ｅ ｎ ｇ 。 ＹＥ Ｌ ｉ ｎ ． Ｚ ＨＯＵ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ － ｊ ｉ ｅ
（ Ｓ Ｅ ＬＦ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｎｉ ｎ ｇ ｂ ｏ ３ １ ５ １ ０ ３，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ Ｆ ｌ ｏ ＥＦ Ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｐ ａ ｔ ｈ ｗａ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｂ ￣ ａ ｄ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｏ ｒ ，ａ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｅ ｄ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｉ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｔｈ ｅ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ —
基于Flow Simulation的LED汽车大灯散热仿真
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软件操作流程简便，易于使用 。在进行网格划分时，系统
会根据给定参数 自动进 行网格划分 ，也可 以自己指定区域 进行特定的网格 划分。经验表 明，只要 固体 内部存 在温度 差 ，热量就会从高温区向低温 区传递 。灯具 中主要热量也
是通过这种方式散发到空气 中。 本文以奇瑞某 款汽车大灯为例来说明Ｆ ｌ ｏ ｗ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ 仿真 的步骤 ，具体遵循 以下９ 步。 （ １ ）模型建构
Ｅ Ｌ Ｅ Ｃ Ｔ Ｒ ＯＮＩ Ｃ Ｓ ＷＯ Ｒ Ｌ Ｄ ・探 索 与 观 察
基于Ｆ ｌ ｏ ｗ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ的 Ｌ ＥＤ 汔 车 大 灯 散 热 仿 真
奇瑞汽车股份有 限公 司前 瞻技 术研 究院 张 志辉
【 摘要 】汽车 大灯是 汽 车电子 电 器系统 中的重要 外饰设备 ，同时也是 汽车法规要 求汽车产品 必装的设备 。本 文提 出了
基 于Ｆ ｌ ｏ ｗ Ｓ ｉ ｎ ｍｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ 的汽车大灯散热仿真 分析 方法。 旨在通过本文的 汽车大灯散 热仿真分析方法能够 为汽 车大灯的散 热
设 计与分析提供一 些参 考。本文所述的汽车 大灯散热仿真分析方 法在Ｌ Ｅ Ｄ大灯应用上能很好地 满足 实用要 求。 【 关键词 】 汽 车大灯 ；散 热仿真 ；Ｆ ｌ ｏ ｗ Ｓ ｉ ｎ ｍｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ；Ｌ Ｅ Ｄ
路灯散热器自然对流分析
随着LED技术的发展，功率型LED在背光、汽车、户外照明、商业照明等领域都得到飞速发展。
但是目前单颗LED的输出光通量较低，对于户外照明，需要将LED集成才能达到所需的亮度。
在LED的光电转化中，只有10%～20%的电能转化为光输出，其余的转化为热能，热量通过LED基板传导到外部安装的散热装置来进行散热。
为了保证LED路灯的寿命和可靠性，led芯片结温要控制在120℃以下。
LED用于道路照明或隧道照明，要满足防尘、防水、雷击、风压等多方面的要求，所以大功率LED路灯散热器采用自然对流这种冷却方式最佳。
针对大功率LED路灯的散热难题，国内外学者或制造者在散热器结构和材料上做了很多工作。
刘静等人-采用等效电路的热阻法计算了大功率LED照明器的热阻，并估算了散热器的面积，然后利用Icepak软件进行建模分析，改变散热器结构的几何参数，通过分析比较得出翅片高度变化对散热性能影响最明显。
张琦等人采用ansys有限元软件对其散热结构进行了热分析，分析了铝制热沉不同结构参数对其温度场的影响情况。
通过模拟优化，有效减小了散热器的质量，优化了散热器的结构。
胡红利等人基于LED照明热电元件和热管技术来控制LED灯散热，并增加一个余热回收系统，结构复杂，附件多，影响其工作的稳定性。
张雪粉设计了多种大功率LED散热器模型，但对各个散热器在自然对流的模拟分析过程中，对其表面均采用定值平均换热系数。
虽然计算区域只有散热器本身，大大地简化了计算量，减少计算时间，方便散热器设计，但由于几何结构上的复杂性，平均换热系数必须通过实验与数值计算反复校正才能准确得到。
L.Dialameh等人对翅片散热器进行了三维数值模拟优化，分析了不同肋片高度与肋片间距中空气的速度大小分布情况；在不同的肋高和肋间距下，得出肋片不同的平均换热系数。
常规的50WLED路灯散热器外形如图1所示，其体积大，浪费的金属材料多，成本居高不下，导致大功率LED路灯产业化应用受阻。
利用FLUENT软件模拟流固耦合散热实例精品课件
6。指定board上的上下面边界条件类型 wall Board top Board bottom
7。指定chip上的边界条件类型
F G
A HE D
B C
Chip边界类型：
与board接触的面BCDE : chip-bottom ---wall
与流体接触的4个面 : chip-side
Air inlet V = 0.5 m/s T = 298 K
Symmetry Planp (one half is modeled) k = 1.0 W/m∙K Q = 2 Watts
Circuit board (externally cooled) k = 0.1 W/m∙K h = 1.5 W/m2∙K T∞ = 298 K
⒊
在Solid面板中,勾选Source Terms，然后选择Source Terms菜单，点击Edit，进入Energy面板，将数值设为1， 菜单将扩展开来，从下拉选项中选择constant, 然后将前面数值设定为904000，然后确认OK。
④ 指定速度入口条件
在Boundary Conditions面板中,Zone下面选择inlet, 确认Type下为velocity-inlet,点击Set进入到Velocityinlet面板中，在velocity specification method右边选 择Magnitude and Direction, 菜单展宽。 在Velocity Magnitude后面输入1, 在x-Componen of Flow Direction后面输入1，其他方向保持为0。表 示air流体沿x方向以1m/s的大小流动。 选择Thermal 菜单将Temperature设定为298K。
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基于Fluent的LED路灯模组散热仿真设计刘杰;樊嘉杰;王平;施舜锴;郑良;张浩【摘要】通过改善散热结构设计来降低LED结温已经成为LED路灯模组大规模应用的关键技术之一.考虑充分利用空气自然对流来提高散热效果,本文基于Fluent流体仿真方法研究了空气流动速率和流动方向对五种不同的LED路灯模组散热器散热效果的影响.研究结果表明:①在限定散热器质量和高度条件下,圆管型散热器具有较好的散热效果,这是由于它既具有较大的空气接触面积,又会在尾迹区形成漩涡状的紊流,这可以降低热边界层厚度,减小导热热阻,提高散热效率;②在考虑不同空气流动方向的情况下,空气流向与LED模组平面成45°夹角方向时散热器的散热效果最佳;③最后,模拟空气流动实验验证了本文提出的LED路灯模组散热仿真设计方法的可行性.【期刊名称】《照明工程学报》【年(卷),期】2019(030)001【总页数】9页(P56-63,103)【关键词】LED;路灯模组;散热设计;流体仿真;Fluent【作者】刘杰;樊嘉杰;王平;施舜锴;郑良;张浩【作者单位】河海大学机电工程学院,江苏常州 213022;河海大学机电工程学院,江苏常州 213022;常州市武进区半导体照明应用技术研究院,江苏常州213161;河海大学机电工程学院,江苏常州 213022;河海大学机电工程学院,江苏常州 213022;河海大学机电工程学院,江苏常州 213022;常州市武进区半导体照明应用技术研究院,江苏常州213161;代尔夫特理工大学EEMCS学院,荷兰代尔夫特【正文语种】中文【中图分类】TM923引言半导体照明产品具有能耗低、环境污染小、寿命长等特点[1,2]，已经逐步成为照明市场的主导。
作为典型半导体照明产品中的大功率LED 路灯产品具有省电节能、亮度高、投射距离远等优点[3]，逐步成为未来城市照明系统中的主要产品。
然而，大功率 LED 路灯的散热问题一直是限制其大规模应用急需解决的瓶颈[4-6]。
散热设计不合理将会影响LED路灯的使用寿命，因而建立合理的模组散热设计方法是LED路灯大规模推广应用的关键技术之一[7,8]。
目前，国内外研究人员主要采用有限元仿真方法对LED路灯模组进行散热仿真，以模拟散热器的散热效果，如：张建新等[9]和郭凌曦等[10]利用数值模拟、仿真模拟和实验验证相结合的方法研究了散热器翅片截面形状及安装角度对散热效果的影响。
陈启勇等[11]通过研究自然对流散热过程中散热器的温度场和周围扰流空气的速度矢量场分布，提出了一种新的结构设计，并通过数值计算得到了较理想的结构。
阎军等[12]研究了条形散热器和太阳花形散热器的传热问题，结果表明，优化结构能促使LED 结温降低，同时也降低了灯具结构的重量。
本文考虑充分利用空气自然对流来提高散热效果，采用Fluent流体仿真方法研究空气流动速率和流动方向，对太阳花型、波纹型、平板型、平板打孔型(简称打孔型)以及圆管型这五种不同的LED路灯模组散热器散热效果的影响。
最后，设计模拟空气流动实验用于验证仿真方法的可行性。
1 模型构建1.1 三维建模本节通过 SolidWorks软件构建LED路灯模组的三维模型。
根据实际模型和仿真设计的相关要求，首先对实际模型进行相应的简化，以突显模型的主要散热过程。
LED路灯模组模型主要由 LED 芯片、PCB 板、铝基板、散热翅片以及空气盒五个部分组成。
本文考虑了五种常见的散热翅片，分别为太阳花型、波纹型、平板型、打孔型以及圆管型。
1)模型参数确定。
根据设计方案中的限制条件，保持散热翅片的材料和质量相同，即模型所用散热翅片材料为铝材，质量设定为 40g。
所有散热器的高度设定为 30 mm，圆管散热器中圆管直径设定为 4 mm，其他四种散热模型中翅片的厚度均设定为 2 mm。
根据设计方案的要求和半导体市场情况的调查研究[13]，本文选择的LED 路灯模组模型中零件的基本尺寸参数如表1所示。
表1 LED路灯模组中零件的尺寸参数Table 1 The size of components in a LED street light module零件尺寸直径数量/个3 W LED芯片3 mm×3 mm×1 mm—9PCB25 mm×25 mm×1.5 mm—1基板高3 mm60 mm1空气盒150 mm×150 mm×150 mm—12)模型简化仿真。
在本文设计方案中，对实际LED模型的简化处理包括：①将LED 视为均匀体，用长度、宽度和厚度分别为 3 mm、3 mm、1 mm 的长方体代替； 3 W功率的加载对象是简化后的LED，并且利用功率密度的数值进行热源的设置。
图1为九颗 LED 的简化模型。
②本文选用的五种散热器的三维模型及部分尺寸，如图2和表2所示。
散热片都采用中心对称结构。
其中，打孔型散热器中翅片上孔洞的直径为 3 mm，孔间距为10 mm，并且根据实际设计要求均布于翅片表面。
图1 九颗LED的简化模型Fig.1 Simplified model of nine LEDs图2 五种散热器的三维模型Fig.2 3D models of selected five heat sinks1.2 空气流动下的仿真模型在本节的设计方案中，建立一个布满空气的盒子去模拟空气对流作用，而空气流动的通道由这个长方体盒子的外表面所围成的。
本文考虑三种空气流动方向，即0°(空气流向与LED模组平面平行方向)、45°(空气流向与LED模组平面成45°夹角方向)、90°(空气流向与LED模组平面垂直方向)的风速对散热性能的影响。
仿真计算中所用的材料物理属性如表3所示。
表2 五种散热翅片的尺寸参数Table 2 Dimensional parameters of selected five heat sinks散热翅片长度或直径间距或间隔角度翅片数量/个圆管形4 mm8 mm39平板型45 mm×3 mm;36 mm×2 mm;20 mm×2 mm7 mm7打孔型45 mm×3 mm;36 mm×2 mm;29.5 mm×2 mm7 mm7太阳花型52.5 mm36°5波纹型47.5 mm×2 mm—1表3 仿真中所用材料物理属性Table 3 The Physical properties of materials used in simulation材料密度/(kg·m-3)比热容/(J·kg-1· ℃-1)导热系数/(W·m-1·K-1)空气1.225—0.025 7LED6 15049030PCB1 8551 08516.5Al2 700880230 1)0°风向下LED模组的三维模型。
如图3所示，0°方向风速下五种LED模组的三维模型均为中心对称结构，且考虑到网格划分时的网格量和软件仿真计算量[14]，所以采用1/2模型结构来进行仿真计算。
图3 五种LED模组的三维模型Fig.3 3D models of five LED modules2)45°风向下LED模组的三维模型。
为了得到45°方向风速，本文对空气盒进行特别的设计和优化，以波纹型为例的三维模型如图4所示。
设定此空气盒45°方向的高度为212 mm，水平截面仍设定为边长150 mm的正方形，仍然采用1/2模型结构来进行仿真计算。
图4 45°风向下LED模组的三维模型Fig.4 3D model of LED module with a 45°air flow direction2 分析与讨论2.1 Fluent仿真计算流程本文采用的Fluent仿真方法是在流体建模中常用的CFD软件。
在使用Fluent进行分析计算时，需要考虑选择适用的物理模型，确定物理系统的计算区域和边界条件，以及判断维度的问题。
本文的基本分析流程如图5所示。
图5 Fluent仿真流程图Fig.5 The flowchart of Fluent simulation2.2 0°风向下的仿真结果本节根据以上仿真流程设置材料参数，设定速度入口面、压力出口面、对流换热面以及对称面，并以圆管型为例的仿真模型和温度分布云如图6所示。
同理，根据其他四种散热模型的仿真计算温度云图，统计了五种模型在不同风速作用下的最高温度，如图7所示。
图6 风向为0°时的仿真模型及结果Fig.6 Simulation model when the wind direction is 0°图7 五种模型中LED最高温度随空气流速变化曲线Fig.7 The maximum temperature of LEDs in five models varying with air flow rate从图7中可以看出，当风速大于2 m/s时，模型最高温度的变化速率开始减缓。
这表明在一定范围内增加空气的流速，对于芯片的散热效果具有明显的改善作用；而当流速达到一定的值后，再继续增大流速，对模型散热性能的影响就会逐步的减小。
在强制对流条件下，太阳花型散热器的散热效果最差。
图8为太阳花型散热器在空气流速为1 m/s时温度分布云图和流速分布云图。
由图8(a)可知模型背风面温度较高，说明模型背风面热量很难被流动空气带走，只能从其上部散发出去，这降低了模型的散热速率和能力。
从图8(b)中可以看出，在太阳花型模型的背风面以及其左上方区域空气流速远低于设定的1 m/s，即流动的空气难以到达模型的背风面，明显地弱化了空气强制对流对模型散热的促进作用[15]，很大程度上弱化了太阳花型散热器的散热效果，导致模型温度的升高。
图8 太阳花型模型的温度和流速分布云图Fig.8 The temperature and velocity distributions of the sun flower model相比于太阳花型散热器模型，其他四种模型的散热能力具有明显的优势，这从几何结构上可以找到直接原因，在其余的四种结构中，类板状或者板状的几何结构使空气能更容易流过散热器所有的表面，促进散热器与空气之间的对流换热作用[16]，增强了模型的散热能力，使模型的温度下降。
由图7可知，圆管型散热器具有很好的散热性能，是一种良好的设计参考方案。
圆管型散热器模型周围温度场分布相对均匀，并且模型周围的流体速度场也表现出较为均匀的变化趋势，在一定程度上促进了模型与空气之间的对流换热过程，促使模型温度的降低[17]。