方 慧，程瑞锋，仝宇欣，李 琨

基于CFD的植物工厂圆形锯齿状水冷LED灯管降温效果模拟

方 慧，程瑞锋，仝宇欣，李 琨※

（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）

为及时将LED灯管芯片产生的热量传导出去，提升LED灯的性能，延长其使用寿命，设计了一种圆形锯齿状水冷LED灯管，并通过计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）软件构建水冷LED灯管模型，对其降温效果进行研究。在模型中将LED灯珠芯片设置为内热源，热流密度根据灯珠的数量和电光转化效率计算，其值为1.7×107W/m3。验证试验表明，模拟值与实测值吻合较好，最大误差为16.4%，构建的CFD模型能准确模拟灯管各结构的温度分布。利用验证的模型模拟不同水流速度对水冷LED灯管温度分布及水流压降的影响。结果表明：不同流速下水冷LED灯管的金属散热灯罩、灯珠芯片和水流的温度分布比较均匀，表明该灯管的结构设计合理，灯珠芯片释放的热量能很快传导到水流中并被带走；当灯管入口水流速度从0.10 m/s增加到0.25 m/s时，进出水温差从1.4 ℃下降到0.5 ℃。因此，在对水冷LED灯管进行串联时，可根据进水温度和环境温度的差来计算可串接灯管数量；入口水流速度的增加亦会增加水流阻力，根据模拟得到灯管进出水压差计算出灯管对水流的阻力系数为2.2，为水泵选型提供了依据。

温度；计算流体力学；植物工厂；人工光源；模拟；水流速度

0 引 言

人工光植物工厂是一种通过对设施内温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境要素进行高精度自动控制，实现作物周年连续生产的高效农业系统[1]。……