营养液紫外LED杀菌模组仿真与响应面法优化

为了研究营养液紫外LED杀菌(ultraviolet LED nutrient solution sterilization,UV-NSS)模组内紫外辐照分布并优化其关键结构参数,采用Tracepro光学仿真软件对UV-NSS模组进行建模和光线追迹,并以模组管道内径、管壁厚度、管灯距离及灯条内表面双向反射分布函数(bidirectional reflectance distribution function,BRDF)为参数因子,以有效紫外辐照比例(effective UV radiation ratio,EURR)和辐照离散度(irradiance dispersion,ID)为响应值进行响应面法参数优化.结果表明,当UV-NSS模组管道内径28 mm、管壁厚度2 mm、管灯距离4 mm、BRDF为0时,其模型EURR为12.14％,ID为0.3206,模型中心位置紫外辐照度模拟值与实测值仅相差3.68％,可准确反映模组内辐照分布情况.基于上述模型开展中心复合有界设计,以响应面法拟合EURR和ID的二次回归方程,其决定系数分别为0.9620和0.9678,拟合显著(P<0.05).以EURR最大化、ID最小化为目标,结合响应面法与实际情况确定参数因子的最优组合为管道内径50 mm、管壁厚度3 mm、管灯距离0.6 mm、BRDF为0.55.代入模型后EURR为32.11％,较优化前提升了164.50％;ID为0.3178,较优化前降低了0.87％.采用该参数制造UV-NSS模组,其紫外辐照度实测值与模拟值仅相差1.73％.