随着不可再生资源的不断消耗,人们对绿色能源的研究越来越多,微藻作为一种很有潜力的绿色能源被越来越多的人关注,在众多的培养微藻培养方式中,光生物反应器有着独特的优势。光生物反应器能够很好的控制微藻的培养环境,如温度、PH值等。随着LED技术的发展,LED被广泛应用于照明、投影、园艺等等。因LED的诸多优势使得LED在光生物反应器中的使用成为趋势。但是在实际使用中因为LED之间的间距不同、照射平面的大小不同等原因使得LED在照射平面内的光照强度并不均匀,致使微藻培养的质量不能得到保障,并且在培养如雨生红球藻的过程中需要对藻液进行持续的高光照胁迫积累虾青素,这也使得对LED有效散热的研究成为必要。本文主要是使用改进后的PSO算法对LED阵列的间距进行优化,改善LED阵列的光照强度均匀性。经过实验得到并通过仿真和实际实验进行验证。并且实验研究了LED的结温同铝基板尺寸、LED间距的关系,为LED的热管理设计提供了方向。本文主要研究内容为以下几个方面:首先介绍了用于微藻培养的光生物反应器,LED的发展历史,LED光照均匀性不同领域内的研究现状,确定了适合应用在光生物反应器中的研究方法。其次介绍了LED相关的知识,包括LED的结构、发光原理、相关的照明术语包括光通量等。以及LED相关的热特性知识,包括LED产生结温的原因、结温对LED的影响、降低结温的办法。介绍了LED热阻的概念、简单的LED热阻模型。对本次课题研究使用的LED进行热特性实验,研究了LED电压和光通量、结温、发光效率之间的关系,实验得到LED的最佳工作条件,为LED阵列优化设计提供了依据。接着从单颗LED的光照模型推导出n颗LED在照射平面的光照强度的平均值表达式,以及光照强度标准差;并以光照强度标准差作为评价函数使用改进的PSO算法对LED间距进行优化。并将优化后的阵列使用光学软件Trace Pro进行光照强度均匀性的仿真同对比阵列的均匀性进行比较。最后对优化后的LED阵列进行实验验证,并实验探究不同铝基板尺寸、LED之间的间距不同对LED工作结温的影响。经过算法优化设计的LED阵列光照强度均匀性优于对比阵列的光照强度均匀性,且相关的LED热特性实验也为LED设备的散热处理提供了方向。