基于CFD的LED补光灯模型构建与验证

张 晨 方 慧* 程瑞锋 杨其长 吴晨溶 杨 利

(1.中国农业科学院 农业环境与可持续发展研究所，北京 100081；2.农业农村部 设施农业节能与废弃物处理重点实验室，北京 100081)

植物工厂是在完全密闭或半密闭条件下通过高精度环境控制，通过人工调控的方法实现作物在垂直立体空间中进行周年计划性生产的高效农业系统。在植物工厂中，人工光源是植物生长的唯一能量与信号源，也是植物工厂系统设计至关重要的组成部分[1-3]。早期的植物工厂主要使用的人工光源有高压钠灯、金属卤化物灯和荧光灯等，少数使用冷阴极管进行试验和应用，这些光源存在光谱匹配不理想、光质不能满足植物生长需求、光能利用率低和不能调控光强等缺点，不适应于植物工厂中为植物提供光照，直到LED冷光源突破传统光源限制成为植物工厂光环境调控技术的新型光源并应用于植物工厂补光领域这些问题才得以解决[4-7]。

自20世纪90年代来，计算流体力学(CFD)技术开始应用于农业领域，目前CFD技术已被证明是一种有效和成熟的工具，可用于分析受控环境农业(设施农业)中的流体动力学、热力学和复杂的流体现象[8-11]。目前植物工厂内部补光装置以LED植物补光灯为主，LED 光源具有发热小，光配方精确可控、寿命长和光衰减缓慢等优点[6,12-13]。虽然LED补光灯是一种冷光源，但由于其电光转化效率一般为30%～40%，仍有60%～70%的电能转化为热能并以热量的形式散逸到周边环境中[14-15]。而目前针对植物……