基于植物工廠條件下LED燈源熱環(huán)境分析.pdf

書 書 書 王 靜 歐 福 超 南 軒 等 基 于 植 物 工 廠 條 件 下 燈 源 熱 環(huán) 境 分 析 江 蘇 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 基 于 植 物 工 廠 條 件 下 燈 源 熱 環(huán) 境 分 析 王 靜 歐 福 超 南 軒 石 平 平 趙 眾 李 靖 云 南 省 高 校 水 安 全 與 節(jié) 水 減 排 重 點(diǎn) 實(shí) 驗(yàn) 室 云 南 昆 明 云 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 水 利 學(xué) 院 云 南 昆 明 云 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 建 筑 工 程 學(xué) 院 云 南 昆 明 摘 要 為 研 究 人 工 光 型 植 物 工 廠 中 發(fā) 光 二 極 管 簡(jiǎn) 稱 燈 源 系 統(tǒng) 對(duì) 周 圍 溫 度 環(huán) 境 的 影 響 基 于 植 物 工 廠 實(shí) 驗(yàn) 室 現(xiàn) 有 組 合 燈 板 相 關(guān) 參 數(shù) 通 過(guò) 專 業(yè) 熱 環(huán) 境 分 析 軟 件 對(duì) 燈 源 周 圍 溫 度 場(chǎng) 和 流 場(chǎng) 進(jìn) 行 仿 真 研 究 研 究 結(jié) 果 表 明 燈 源 周 圍 的 溫 度 場(chǎng) 在 點(diǎn) 位 距 離 為 范 圍 內(nèi) 呈 現(xiàn) 較 大 的 變 化 大 于 時(shí) 隨 點(diǎn) 位 距 離 增 加 溫 度 場(chǎng) 對(duì) 周 圍 的 熱 環(huán) 境 影 響 則 趨 于 穩(wěn) 定 由 于 原 有 燈 板 由 不 同 色 光 源 組 成 且 排 列 組 合 呈 不 對(duì) 稱 現(xiàn) 象 導(dǎo) 致 溫 度 場(chǎng) 呈 現(xiàn) 向 右 上 端 偏 移 現(xiàn) 象 通 過(guò) 模 擬 分 析 得 出 的 一 系 列 現(xiàn) 象 可 為 種 植 方 位 選 擇 提 供 合 理 的 參 考 意 見(jiàn) 關(guān) 鍵 詞 人 工 光 植 物 工 廠 燈 組 合 有 限 元 模 型 電 位 距 離 溫 度 場(chǎng) 流 場(chǎng) 中 圖 分 類 號(hào) 文 獻(xiàn) 標(biāo) 志 碼 文 章 編 號(hào) 收 稿 日 期 基 金 項(xiàng) 目 國(guó) 家 科 技 支 撐 計(jì) 劃 編 號(hào) 云 南 省 高 校 重 點(diǎn) 實(shí) 驗(yàn) 室 建 設(shè) 計(jì) 劃 編 號(hào) 云 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 科 技 創(chuàng) 新 創(chuàng) 業(yè) 基 金 編 號(hào) 作 者 簡(jiǎn) 介 王 靜 女 云 南 曲 靖 人 碩 士 副 教 授 研 究 方 向 為 水 利 工 程 技 術(shù) 與 經(jīng) 濟(jì) 通 信 作 者 李 靖 博 士 教 授 研 究 方 向 為 水 資 源 及 環(huán) 境 工 程 植 物 工 廠 是 現(xiàn) 代 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 發(fā) 展 的 高 級(jí) 階 段 是 顛 覆 性 農(nóng) 業(yè) 和 土 地 利 用 的 生 產(chǎn) 方 式 對(duì) 解 決 世 紀(jì) 所 面 臨 的 農(nóng) 業(yè) 資 源 不 足 和 環(huán) 境 面 源 污 染 問(wèn) 題 具 有 重 要 應(yīng) 用 價(jià) 值 光 照 是 人 工 光 型 植 物 工 廠 實(shí) 現(xiàn) 作 物 高 效 生 產(chǎn) 的 主 要 驅(qū) 動(dòng) 因 素 在 調(diào) 控 植 物 生 長(zhǎng) 發(fā) 育 產(chǎn) 量 品 質(zhì) 等 方 面 具 有 不 可 或 缺 的 作 用 目 前 絕 大 多 數(shù) 植 物 工 廠 所 使 用 的 人 工 光 源 以 熒 光 燈 為 主 其 能 量 主 要 是 以 熱 效 應(yīng) 的 方 式 傳 遞 到 環(huán) 境 中 這 不 僅 增 加 了 生 產(chǎn) 成 本 還 影 響 了 經(jīng) 濟(jì) 效 益 與 傳 統(tǒng) 熒 光 燈 相 比 發(fā) 光 二 極 管 簡(jiǎn) 稱 燈 具 有 電 源 直 接 轉(zhuǎn) 化 為 光 源 體 積 小 壽 命 長(zhǎng) 等 優(yōu) 點(diǎn) 是 植 物 工 廠 設(shè) 施 中 優(yōu) 選 的 人 工 光 源 由 于 燈 源 的 自 身 散 熱 會(huì) 對(duì) 其 周 圍 溫 度 產(chǎn) 生 一 定 的 影 響 且 會(huì) 使 其 自 身 的 耐 用 性 受 到 相 應(yīng) 的 影 響 因 此 本 研 究 將 通 過(guò) 對(duì) 植 物 工 廠 實(shí) 驗(yàn) 室 現(xiàn) 有 燈 源 的 附 近 溫 度 進(jìn) 行 實(shí) 測(cè) 分 析 并 與 按 燈 源 參 數(shù) 設(shè) 計(jì) 的 有 限 元 模 型 的 模 擬 結(jié) 果 進(jìn) 行 對(duì) 比 確 定 燈 的 實(shí) 際 功 率 以 及 周 圍 的 溫 度 場(chǎng) 進(jìn) 而 更 加 深 入 了 解 試 驗(yàn) 過(guò) 程 中 所 采 用 燈 的 實(shí) 際 工 作 情 況 為 智 慧 植 物 工 廠 燈 板 的 設(shè) 置 提 供 參 考 依 據(jù) 散 熱 原 理 分 析 所 有 的 電 子 產(chǎn) 品 都 會(huì) 面 臨 一 個(gè) 很 常 見(jiàn) 且 無(wú) 法 規(guī) 避 的 問(wèn) 題 發(fā) 熱 高 溫 而 高 溫 恰 恰 又 是 電 子 產(chǎn) 品 的 一 大 克 星 小 間 距 顯 示 屏 是 由 一 個(gè) 個(gè) 小 燈 珠 組 成 的 而 小 燈 珠 的 發(fā) 熱 更 是 不 容 忽 視 的 存 在 小 間 距 的 燈 珠 排 列 更 加 緊 密 發(fā) 熱 強(qiáng) 度 相 比 于 普 通 更 加 強(qiáng) 烈 所 以 小 間 距 的 散 熱 研 究 就 顯 得 更 加 重 要 那 么 的 散 熱 原 理 分 析 將 變 得 極 為 重 要 同 時(shí) 由 于 距 離 植 物 較 近 且 散 熱 量 能 夠 達(dá) 到 可 能 會(huì) 對(duì) 植 物 產(chǎn) 生 一 定 的 影 響 因 此 研 究 的 散 熱 情 況 是 十 分 必 要 的 既 能 了 解 其 散 熱 情 況 對(duì) 自 身 壽 命 的 影 響 又 能 分 析 對(duì) 周 圍 植 物 的 影 響 傳 熱 主 要 遵 循 的 基 本 原 理 如 下 熱 傳 導(dǎo) 遵 循 傅 里 葉 定 律 式 中 表 示 熱 傳 導(dǎo) 系 數(shù) 表 示 傳 導(dǎo) 的 熱 量 表 示 溫 度 梯 度 對(duì) 流 一 般 與 流 體 流 動(dòng) 耦 合 在 一 起 其 熱 量 計(jì) 算 公 式 為 式 中 表 示 平 均 對(duì) 流 換 熱 系 數(shù) 表 示 溫 度 差 江 蘇 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 年 第 卷 第 期 材 料 與 分 析 燈 板 及 有 限 元 設(shè) 計(jì) 模 型 植 物 工 廠 實(shí) 驗(yàn) 室 中 的 種 植 架 采 用 立 體 層 次 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 共 分 層 每 層 間 距 為 架 長(zhǎng) 為 寬 為 頂 部 為 燈 源 系 統(tǒng) 底 部 為 水 培 植 物 定 植 盤 其 結(jié) 構(gòu) 見(jiàn) 圖 圖 植 物 工 廠 中 的 組 合 照 明 系 統(tǒng) 是 植 物 光 合 作 用 的 能 量 源 泉 其 中 芯 片 是 整 個(gè) 燈 源 系 統(tǒng) 的 核 心 部 件 也 是 產(chǎn) 熱 部 件 燈 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 及 數(shù) 值 參 數(shù) 模 型 見(jiàn) 圖 芯 片 所 產(chǎn) 生 的 熱 量 絕 大 部 分 以 熱 傳 導(dǎo) 的 方 式 依 次 傳 遞 至 襯 底 鋁 合 金 基 板 導(dǎo) 熱 膏 外 部 散 熱 器 最 終 通 過(guò) 散 熱 器 以 對(duì) 流 及 輻 射 的 方 式 向 周 圍 環(huán) 境 擴(kuò) 散 使 芯 片 周 圍 溫 度 降 低 以 防 溫 度 過(guò) 高 燒 壞 芯 片 影 響 燈 正 常 工 作 各 元 件 的 散 熱 參 數(shù) 見(jiàn) 表 植 物 工 廠 中 作 物 的 生 長(zhǎng) 環(huán) 境 主 要 依 靠 空 調(diào) 系 統(tǒng) 和 燈 源 系 統(tǒng) 相 互 配 合 調(diào) 節(jié) 其 中 空 調(diào) 提 供 植 物 生 長(zhǎng) 適 宜 的 溫 度 則 提 供 作 物 光 合 作 用 所 需 的 光 照 度 而 燈 源 系 統(tǒng) 在 提 供 光 照 的 同 時(shí) 也 表 燈 各 元 件 材 料 熱 物 性 參 數(shù) 元 件 導(dǎo) 熱 系 數(shù) 芯 片 固 晶 層 鋁 基 板 會(huì) 散 發(fā) 一 定 的 熱 量 來(lái) 影 響 周 圍 的 環(huán) 境 溫 度 本 研 究 在 植 物 工 廠 實(shí) 驗(yàn) 室 原 有 組 合 燈 板 參 數(shù) 的 基 礎(chǔ) 上 按 照 的 比 例 設(shè) 計(jì) 有 限 元 模 型 具 體 情 況 見(jiàn) 圖 江 蘇 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 年 第 卷 第 期 燈 實(shí) 際 參 數(shù) 的 設(shè) 定 植 物 工 廠 實(shí) 驗(yàn) 室 所 采 用 的 燈 使 用 壽 命 約 為 年 其 產(chǎn) 品 型 號(hào) 分 別 為 和 具 體 的 參 數(shù) 見(jiàn) 表 表 不 同 的 工 況 參 數(shù) 型 號(hào) 峰 值 電 壓 峰 值 電 流 工 作 溫 度 靜 放 電 功 率 為 了 解 植 物 工 廠 實(shí) 驗(yàn) 室 中 組 合 燈 板 的 熱 環(huán) 境 效 果 本 研 究 借 助 專 業(yè) 的 熱 分 析 軟 件 來(lái) 了 解 植 物 工 廠 實(shí) 驗(yàn) 室 燈 板 的 實(shí) 際 工 作 情 況 在 數(shù) 值 模 擬 中 結(jié) 合 實(shí) 測(cè) 得 到 的 植 物 工 廠 實(shí) 驗(yàn) 室 室 內(nèi) 溫 度 通 過(guò) 在 程 序 中 設(shè) 定 相 應(yīng) 的 環(huán) 境 溫 度 并 且 設(shè) 置 重 力 場(chǎng) 保 證 模 型 的 網(wǎng) 格 質(zhì) 量 達(dá) 到 要 求 滿 足 網(wǎng) 格 無(wú) 關(guān) 性 數(shù) 值 模 擬 結(jié) 果 分 析 在 進(jìn) 行 數(shù) 值 模 擬 時(shí) 通 過(guò) 對(duì) 正 常 工 作 情 況 下 距 離 燈 不 同 點(diǎn) 位 的 溫 度 場(chǎng) 進(jìn) 行 監(jiān) 測(cè) 其 點(diǎn) 位 距 離 分 別 為 各 點(diǎn) 位 處 溫 度 場(chǎng) 情 況 見(jiàn) 圖 由 圖 可 知 隨 著 點(diǎn) 位 距 離 的 增 加 溫 度 首 先 呈 現(xiàn) 急 劇 下 降 的 現(xiàn) 象 在 達(dá) 到 某 一 點(diǎn) 位 時(shí) 溫 度 呈 現(xiàn) 平 穩(wěn) 的 下 降 過(guò) 程 其 點(diǎn) 位 距 離 與 溫 度 變 化 情 況 見(jiàn) 圖 由 圖 可 知 在 點(diǎn) 位 距 離 為 范 圍 內(nèi) 溫 度 隨 點(diǎn) 位 距 離 的 增 加 呈 現(xiàn) 較 大 的 變 化 趨 勢(shì) 大 于 時(shí) 隨 點(diǎn) 位 距 離 的 增 加 溫 度 呈 現(xiàn) 穩(wěn) 定 變 化 趨 勢(shì) 由 于 植 物 工 廠 實(shí) 驗(yàn) 室 所 使 用 的 燈 板 由 不 同 功 率 不 同 顏 色 的 元 件 組 合 而 成 最 終 會(huì) 導(dǎo) 致 兩 端 燈 源 產(chǎn) 熱 量 有 所 差 異 進(jìn) 而 呈 現(xiàn) 不 規(guī) 則 的 流 場(chǎng) 分 布 其 流 場(chǎng) 分 布 見(jiàn) 圖 從 流 場(chǎng) 的 矢 量 圖 可 以 看 出 其 流 動(dòng) 方 向 為 自 左 下 至 右 上 最 終 導(dǎo) 致 右 上 端 溫 度 略 高 于 別 處 溫 度 同 時(shí) 得 到 模 擬 散 熱 功 率 為 與 燈 板 的 實(shí) 際 功 率 基 本 吻 合 同 時(shí) 可 以 通 過(guò) 燈 內(nèi) 部 的 散 熱 情 況 來(lái) 進(jìn) 一 步 了 解 從 內(nèi) 部 的 散 熱 情 況 來(lái) 看 燈 功 率 越 大 在 內(nèi) 部 產(chǎn) 生 的 溫 度 越 高 這 易 導(dǎo) 致 溫 度 過(guò) 高 影 響 燈 的 壽 命 圖 結(jié) 論 與 建 議 基 于 本 研 究 燈 板 設(shè) 置 參 數(shù) 來(lái) 模 擬 周 圍 流 場(chǎng) 和 溫 度 場(chǎng) 的 分 布 情 況 各 參 數(shù) 完 全 按 照 植 物 工 廠 實(shí) 驗(yàn) 室 實(shí) 際 工 況 來(lái) 進(jìn) 行 數(shù) 值 分 析 通 過(guò) 了 解 其 工 作 原 理 并 借 助 軟 件 熱 環(huán) 境 和 流 場(chǎng) 分 析 程 序 來(lái) 深 入 了 解 植 物 工 廠 中 燈 周 圍 的 流 場(chǎng) 狀 態(tài) 根 據(jù) 以 上 數(shù) 值 分 析 的 結(jié) 果 可 得 出 以 下 結(jié) 論 距 離 燈 板 越 遠(yuǎn) 所 受 到 的 散 熱 作 用 影 響 越 小 并 且 影 響 較 大 的 范 圍 主 要 集 中 在 點(diǎn) 位 距 江 蘇 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 年 第 卷 第 期 江 蘇 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 年 第 卷 第 期 離 為 的 范 圍 內(nèi) 燈 源 的 散 熱 效 應(yīng) 使 得 其 周 圍 存 在 相 應(yīng) 的 流 場(chǎng) 但 由 于 燈 板 的 設(shè) 置 問(wèn) 題 流 場(chǎng) 呈 現(xiàn) 不 對(duì) 稱 現(xiàn) 象 使 得 燈 板 兩 端 的 流 場(chǎng) 發(fā) 生 偏 移 現(xiàn) 象 對(duì) 燈 板 內(nèi) 部 的 散 熱 分 析 發(fā) 現(xiàn) 功 率 越 高 產(chǎn) 生 熱 量 越 大 因 此 應(yīng) 注 意 在 組 合 的 時(shí) 候 盡 可 能 使 用 功 率 一 致 的 以 保 證 壽 命 一 致 減 少 資 源 浪 費(fèi) 通 過(guò) 以 上 結(jié) 論 可 以 看 出 植 物 工 廠 實(shí) 驗(yàn) 室 現(xiàn) 有 燈 板 裝 置 存 在 不 均 勻 分 布 現(xiàn) 象 對(duì) 植 物 的 生 長(zhǎng) 會(huì) 有 較 大 的 影 響 因 此 應(yīng) 根 據(jù) 實(shí) 際 情 況 來(lái) 增 加 不 同 點(diǎn) 位 下 方 植 株 到 燈 源 的 距 離 參 考 文 獻(xiàn) 陰囯 富 朱 創(chuàng) 錄 植 物 工 廠 生 產(chǎn) 方 式 下 智 慧 農(nóng) 業(yè) 監(jiān) 控 平 臺(tái) 的 研 究 與 設(shè) 計(jì) 江 蘇 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 魏 靈 玲 楊 其 長(zhǎng) 劉 水 麗 等 在 設(shè) 施 園 藝 中 的 應(yīng) 用 系 列 一 在 密 閉 式 植 物 苗 工 廠 中 的 應(yīng) 用 農(nóng) 業(yè) 工 程 技 術(shù) 溫 室 園 藝 魏 靈 玲 楊 其 長(zhǎng) 劉 水 麗 在 植 物 工 廠 中 的 研 究 現(xiàn) 狀 與 應(yīng) 用 前 景 中 國(guó) 農(nóng) 學(xué) 通 報(bào) 鞠 紅 艷 植 物 生 長(zhǎng) 環(huán) 境 調(diào) 控 系 統(tǒng) 的 研 究 與 應(yīng) 用 長(zhǎng) 春 吉 林 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 劉 文 科 植 物 工 廠 光 質(zhì) 生 物 學(xué) 研 究 與 應(yīng) 用 現(xiàn) 狀 中 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 科 技 導(dǎo) 報(bào) 吳 惠 國(guó) 孟 源 談 照 明 燈 具 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 山 東 工 業(yè) 技 術(shù) 曾 誠(chéng) 李 蘇 歐 陽(yáng) 世 殊 等 基 于 協(xié) 同 場(chǎng) 原 理 探 究 太 陽(yáng) 花 散 熱 器 的 散 熱 性 能 中 國(guó) 照 明 電 器 劉 超 傅 仁 利 顧 席 光 等 芯 片 級(jí) 封 裝 光 源 結(jié) 構(gòu) 散 熱 性 能 的 數(shù) 值 模 擬 激 光 與 光 電 子 學(xué) 進(jìn) 展 孫 歷 霞 散 熱 器 熱 分 布 的 數(shù) 學(xué) 建 模 與 數(shù) 值 模 擬 杭 州 浙 江 大 學(xué) 周 俊 杰 繩 冉 冉 李 雪 麗 大 功 率 散 熱 器 的 空 氣 強(qiáng) 制 對(duì) 流 冷 卻 研 究 現(xiàn) 代 電 子 技 術(shù) 吳 健 照 明 用 大 功 率 散 熱 器 換 熱 過(guò) 程 的 數(shù) 值 模 擬 哈 爾 濱 哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 江 蘇 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 年 第 卷 第 期