[发明专利]一种UV‑LED辐照元件温度场分析监控方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种UV辐照元件温度场分析监控方法，属于UV辐照元件温度监控技术领域。

背景技术

UV固化灯简称UV灯，又称紫外光固灯、紫外线固化灯。UV固化灯一般含有水银和氩氙等气体，灯管壁由能使紫外线大量穿透的高纯度石英制成，是高强度气体放电灯的一种。UV固化灯的工作原理是借助于灯管启动后两极放电迫使灯管内电子、原子、离子之间发生互相碰撞，激发灯内汞蒸汽和氩气放电而产生连续辐射。此类紫外线灯具有高功率密度和有效的紫外线光波，UV固化灯一般用在印刷制版、软包装彩印、家俱行业、木地板装饰材料、印制铁罐、制鞋业、半导体及印制线路板的油墨干固。

聚乙烯作为热塑性材料，因具有优异的电绝缘性、良好的化学稳定性、无毒和易于加工等一系列优越的性能而被广泛应用于电线电缆绝缘领域，但是由于聚乙烯存在耐热性能较差、在介质中由于受到应力作用容易破裂等不足之处，从而限制了它的使用范围。为了提高聚乙烯的耐热性能、对环境应力破裂的抵抗性能和物理-机械性能，将线型结构的聚乙烯经过适当的交联技术处理后变成了具有三维网状结构的交联聚乙烯；聚乙烯经过交联以后，它不但继承了聚乙烯良好的电绝缘性能和重量轻等优点，而且其耐热性能和物理-机械性能也有所提高。

目前在绝缘领域，利用UV固化灯(紫外光固灯)交联聚乙烯的研究越来越广泛，与其他传统交联技术比较，紫外光交联技术具有生产成本低、设备操作维护方便以及生产工艺对环境无伤害等一系列的优势，使它在高压电力电缆以及高压海底电缆等领域中，有望弥补传统交联电缆生产工艺的不足之处。

综上所述，对紫外光辐照源特性的研究尤为重要，通过研究探索高压汞灯，微波无极汞灯，发光二极管，计算出各个辐照源的效率，能更加高效优质地进行聚乙烯的紫外光交联，在实现聚乙烯交联的过程中对UV-LED辐照元件温度控制尤为重要，现有技术应用紫外发光二极管LED进行辐照交联，发热最少，效率最高，但是UV-LED辐照元件是由上千个紫外发光二极管LED组合而成的，虽然一个二极管就损耗2.75W，但是成千个LED组合在一起，如果不能及时散热，那么其散发的热也会对整个光源造成很严重的影响，因此急需对UV-LED辐照元件的温度场分析监控，便于在实现交联过程对UV-LED辐照元件有效散热，避免影响光源。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术在对UV-LED辐照元件产生热量不能准确进行分析监控，进而导致产生的热量影响紫外光源的问题，进而提供一种UV辐照元件温度场分析监控方法。

本发明的技术方案是：为实现上述目的所采用的技术方案在于包括以下步骤：

步骤一：在ANSYS软件系统中对UV-LED辐照元件进行三维建模，获得UV-LED辐照元件模型；

步骤二：将UV-LED辐照元件导入到Ansys Workbench系统中，采用Ansys Workbench系统对UV-LED辐照元件进行自动网格剖分；

步骤三：对自动网格剖分后的UV-LED辐照元件的温度场进行分析，采用热力学微分方程和热力学微分方程边界条件，确定UV-LED辐照元件模型求解域的温度场；

步骤四：根据热力学微分方程和热力学微分方程边界条件设置UV-LED辐照元件模型的初始边界条件和组成UV-LED辐照元件的发光二极管LED热损耗值，进行仿真，获得UV-LED辐照元件温度场分布云图；

步骤五：验证采用ANSYS仿真方法获得UV-LED辐照元件温度场的正确性与精确性。

进一步地，步骤三中采用的热力学微分方程和热力学微分方程边界条件，确定UV-LED辐照元件求解域的温度场的具体方法为：

所述的热力学微分方程为：

式中T为温度，τ为时间微元，a为散热系数，x为空间坐标系中X轴方向的坐标值，y为空间坐标系中Y轴方向的坐标值，z为空间坐标系中Z轴方向的坐标值，qv为单位体积生热率，ρ为密度，c为质量定容热容，

其中式中λ为导热系数；

热力学微分方程的热力学第一边界条件为：

式中，T0为已知温度；f(x，y，z，t)为已知温度函数，t为时间，S1为热力学第一类边界面；

热力学第一边界条件用于潜油电机模型的热力学第一类边界面S1上温度为已知的情况；

热力学微分方程的热力学第二边界条件为：

式中n为微元点，S2为热力学第二类边界面，q为热流密度，g(x，y，z，t)为热流密度函数；