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发光二极管(LED)具有寿命长、功耗低、污染少、响应快等优点,大有取代传统照明光源之趋势。但LED照明产品的设计过程中仍面临两个问题:第一,二次配光问题,传统的配光方法已不再适用LED光源,需要根据LED光源特性及照明要求重新进行两次光学设计。第二,散热问题,LED光源工作时会产生大量的热量,需要及时散去,否则影响其正常工作。因此探索科学合理设计散热器的方法已变得非常重要。本文针对LED当前面临这两个问题进行探索性的研究。二次光学设计问题:本文根据LED光源的光辐射特性及目标照明面的照度分布要求,运用微分方程法设计了呈圆斑的均匀照明系统实现了目标照明面的照度均匀分布,鉴于微分方程法的局限性,本文使用划分网格和边缘光线理论设计了呈矩形斑的均匀照明系统,亦实现了目标面上较好的照度均匀度。散热问题:本文研究自然冷却状态下的散热问题,主要工作是,充分运用有限元分析软件ANSYS的优化功能,基于ANSYS参数化语言APDL编写程序,优化设计给定条件下(边界条件,热源属性等)的散热器模型,得到最佳结构模型,达到充分节约成本的目的。同时为科学合理的设计散热器提供借鉴。本文分用不同的方法分别设计了呈圆斑的均匀照明系统和呈矩形斑的均匀照明系统。仿真结果表明:对于目标照明面与光源的距离H =3m、照明面半径R ?5m的呈圆斑照明系统,照明面照度均匀度为0.8562,其能量利用率为89.685%。对于目标照明面与光源的距离H ?10m ,照明面长度A ?40m ,宽度B ?10m的呈矩形斑照明系统照明面照度均匀度为0.714,其能量利用率也高达88.89%。两照明系统的照度均匀度均远高于国家照明标准要求的0.4。散热方面,本文运用ANSYS软件优化设计了自然冷却状态下平板散热器结构。在散热效果相当的前提下,经过优化后的散热器模型的质量仅为初始模型的68.06%,有效地节省了成本。本文基于微分方程法、网格映射法、边缘光线理论及能量守恒定律设计了呈圆斑和矩形斑的均匀照明系统,基于有限元分析软件ANSYS强大的优化功能优化设计了平板散热器,对LED照明产品的开发具有指导意义。