电感耦合式高频无极灯仿真装置及方法

摘要

本发明一种电感耦合式高频无极灯仿真装置及方法，属于照明工程领域，该装置包括数据输入模块、第一数据采集模块、几何建模模块、物理耦合/化学反应模块、网格剖分模块、计算求解模块、数据输出模块、环境因素输入模块、第二数据采集模块、参数优化器和最优值输出模块；本发明基于数学物理、化学方程和有限元数值分析模型，实现高频无极灯电、磁、等离子多种物理场的建立、实现、优化指导无极灯产品的研究与开发；应用机理模型和计算机仿真，降低研制成本，缩短研制周期，提高研制质量，实现计算机全程辅助无极灯开发过程，让无极灯的开发过程从仿制、实物实验、数据积累的过程中走出来，为无极灯批量生产提供了可靠的技术保证。

主权项

一种电感耦合式高频无极灯仿真装置，其特征在于：包括数据输入模块、第一数据采集模块、几何建模模块、物理耦合/化学反应模块、网格剖分模块、计算求解模块、数据输出模块、环境因素输入模块、第二数据采集模块、参数优化器和最优值输出模块，其中，数据输入模块：用于设置无极灯的几何形状、泡体直径、灯泡材料、耦合线圈直径、线圈匝数、耦合棒长度、功率、频率、电压、初始电子密度、冷端温度和磁场建立时间，并将参数递送至数据采集模块；数据采集模块：用于采集用户输入的数据，并将泡体几何形状、泡体直径、灯泡材料、耦合线圈直径、线圈匝数和耦合棒长度发送至几何建模模块，将初始电子密度、冷端温度和磁场建立时间发送至物理耦合/化学反应模块，将功率、频率和电压发送至网格剖分模块；几何建模模块：用于根据输入的几何形状的参数，在三维空间内，建立无极灯泡体的几何模型，并将几何模型数据发送至网格剖分模块；物理耦合/化学反应模块：用于确定泡体内化学反应，并根据等离子体动力学将电场、磁场与等离子场进行多物理场耦合，并将物理耦合信息与化学反应信息发送至网格剖分模块；网格剖分模块：用于根据几何建模模块建立的无极灯泡体几何模型，建立求解域，根据多物理场耦合以及泡体内化学反应在求解域内进行网格剖分，并将划分好网格的几何模型发送至计算求解模块；计算求解模块：采用有限元数值分析的方法，在求解域内对无极灯进行多物理场耦合仿真，对63P1态汞原子分布、电子温度分布、电子密度分布、磁通密度分布、电势分布、电流密度进行计算求解，并将求解后的上述数据发送至数据输出模块；数据输出模块：用于采集计算求解模块输出的数据，并输出仿真结果至第二数据采集模块；环境因素输入模块：用于设置点灯时间、泡体环境温度、控制装置MOS管温度三个环境参数，并将上述参数发送至第二数据采集模块；第二数据采集模块：用于对环境因素以及数据输出模块输出的数据进行采集，并输入到参数优化器中；参数优化器：用于采用人工神经网络和遗传算法对无极灯的点灯时间、泡体环境温度、控制装置MOS管温度、63P1态汞原子分布、电子温度分布、电子密度分布、磁通密度分布、电势分布、电流密度进行优化选取，获得无极灯工作在最优状态下的功率因数校正电路 的电压设定值、高频谐振逆变电路的频率设定值；最优值输出模块：用于采集并输出参数优化器计算求得的功率因数校正电路的电压设定值以及高频谐振逆变电路的频率设定值，并发送回第一数据输入模块作为用户下次仿真的参考数据。