【摘 要】
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UV-LED以其小体积、光源稳定、波长可调等优点,被广泛应用于水杀菌领域,是汞光源的理想替代产品。由于新冠肺炎疫情致使人们认识到空气和表面杀菌领域研究的重要性,由于此次疫情可通过空气传播的特性,急需针对流动气体杀菌领域的产品。然而现阶段UVC-LED芯片光效率普遍较低,无法单独完成消杀任务需要对其协同工作的光学和热学性能进行设计和研究。本文基于260nm波长的紫外线LED芯片,针对空气和表面杀菌的
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UV-LED以其小体积、光源稳定、波长可调等优点,被广泛应用于水杀菌领域,是汞光源的理想替代产品。由于新冠肺炎疫情致使人们认识到空气和表面杀菌领域研究的重要性,由于此次疫情可通过空气传播的特性,急需针对流动气体杀菌领域的产品。然而现阶段UVC-LED芯片光效率普遍较低,无法单独完成消杀任务需要对其协同工作的光学和热学性能进行设计和研究。本文基于260nm波长的紫外线LED芯片,针对空气和表面杀菌的UV-LED杀菌模组进行初步设计,并对其杀菌效能进行分析。具体研究内容如下:（1）确定灯珠封装结构。根据UV-LED传统无机封装形式的结构,对灯珠内腔的侧壁角度和腔体内部表面进行光学性能优化,提高灯珠的出光效率。优化后结构的光输出功率和辐照度峰值分别是原来结构的1.54倍和7.58倍。（2）对UV-LED杀菌模组进行光学设计。提出灯珠不同排布方式,并以灯珠间距为变量,使用Solidworks对各实验节点进行三维建模。再通过Tracepro仿真,分析灯珠不同排布方式中不同灯珠间距对UV-LED模组光学性能的影响,筛选出各排布方式中光学性能最好的结构。最终从五种排布方式中筛选出了13个光性能较好的结构。（3）筛选UV-LED杀菌模组综合性能最好的排布方式。运用ANSYS Icepak仿真软件,分析各灯珠排布方式中光学性能最好的结构,在相同散热条件下的热学性能。最终筛选出一个光学与热学综合性能最好的结构。（4）UV-LED杀菌模组散热结构设计。根据紫外线杀菌模组综合性能最好的结构进行散热结构设计,分别对四种可能对结构热性能造成影响的因素进行分析,并确定其选值区间。针对这些对散热结构的影响因素设计正交实验,并逐一分析其对散热结构的影响效果,最后根据实验结果确定了该实验中对散热结构影响最大的因素和热性能最优结构的参数。（5）UV-LED杀菌模组应用场景的效能分析。初步针对空气杀菌设计了一种可协同工作的杀菌模组。根据管道通风杀菌的工作环境搭建仿真实验平台,分别对其在流动气体中单独工作和协同工作的杀菌效能及模组的可靠性进行了分析。针对表面杀菌初步设计了一种表面杀菌模组并进行了杀菌效能分析。最终根据仿真实验结果得到了空气杀菌模组在不同工作方式下的工作效率以及表面杀菌模组运行的外部条件和有效杀菌范围。
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