点阵列光源辐照石墨盘温度场的COMSOL模拟

点阵光源辐照石墨盘温度场的COMSOL模拟（一）光源阵列组成及辐照均匀性预览(2015-10-1）北京东之星应用物理研究所伍勇物理专业（凝聚态物理方向），文档执笔及软件绘图贺宁计算机专业，新产品研发及技术总监贺令渝技术物理专业,高级工程师，传统RTP产品原创关键词：点阵光源，石墨盘，热传导偏微分方程，COMSOL模拟，Si晶片热处理，高斯光束，MATLAB，Mathematica，Flash动画，RTP(RapidThermalProcessing)1）光源几何为增加光源有效辐照光强的均匀性和光通量，我们采用具有轴对称的卤钨灯阵列如图，54盏灯分布在54格点处，类似六角蜂房密排方式。这里给出六盏灯点阵的MATLAB源码，网上看到有学生在寻找答案：*************************************ccclccleara=[0,0;0.5,0.866;1.0,0;0.5,-0.866;-0.5,-0.866;-1,0;-0.5,0.866];data=a;x0=data(:,1);y0=data(:,2);r=0.46theta=0:pi/50:2*pi;fori=1:length(x0)x=x0(i)+r*cos(theta);y=y0(i)+r*sin(theta);plot(x,y,'-b','LineWidth',3);axissquare;xlim([-55])ylim([-55])fill(x,y,[1,0.4,0.4])plot(x0(i),y0(i),'ow','MarkerSize',7);holdonend**************************************cc2）高斯光束不失一般性，每个灯盏都近似用高斯函数(Gaussianfunction)表达光强的空间钟形分布(Bell-cuve)，2D高斯分布函数为：2222)1()1(21),(yyxxeyxz其一维函数图形如图：调整，可得到不同锐度的曲线，当1，其2D函数图像如是：对比泊松方程，理想点源的图形如下：点源传导或扩散系数，::)(ffu3）多个高斯光束的叠加当叠加个数n=6时，合成光强分布如是：其x-y平面投影如图：n=54灯阵列的光强叠加分布:对应x-y平面的投影如图可预览光源总光强分布，在此说明灯具保障温度均匀性的几个要点：（1），石墨导热系数较高，铜397W/m.k，铁80W/m.k，不同厂家不同型号的石墨材料导热系数不一样，大约在100-1500，不失一般性，计算暂用COMSOL提供的数据：150W/m.k（300K）（2），石墨盘旋转，抹平旋转方向温度的起伏（3），点阵密排设计，可人工柔性调整每盏灯的输出功率，以微调盘面温度的不均匀。（4），中心点不易散失热量，不放置灯位，实验表明也能保证允许的温度差异且便于安装灯具。（二）石墨盘温度场的COMSOL模拟1）热传导偏微分方程广义向内热通量边界:)(00qqTn)()(44TTTnamb边界量时间通过单位面积的热源项，热流密度：单位,Q环境温度：黑体辐射常数表面发射率：:ambT2）结果石墨表面温度场：QTtTCp)(密度所吸收的热量热容，温度升高kCp1石墨圆盘边缘点处温度-时间的变化：80秒,120秒,360秒时刻，沿石墨盘径向r[m]变化的温度T[K]曲线：温升过程的Flash动画演示双击exe---运行，查看全屏时按Esc键返回石墨温度场的等值面3）Si片在石墨上Si片整体瞬间（计算结果：0.01秒）均匀达到石墨圆台的恒定温度（计算设定1000K）。整体装置示意图（简化处理后的理论模型）：Si片表面温度场:旋转石墨盘晶片Si点阵组合光源Si片边缘点处温度-时间的变化结束：深谢百度文库，小木虫和道客巴巴的帮助让我们研修受益。