LED水下集鱼灯光场分布数值模拟分析

作者：王伟杰; 万荣^*; 孔祥洪; 辛雯婕

来源：上海海洋大学学报, 2022, 31(03): 781-791.

• LED水下集鱼灯
• 光场分布
• 光色
• 叶绿素质量浓度
• 相对有效照度范围

为探究LED水下集鱼灯光色、功率、放置深度和海水叶绿素质量浓度对光场分布的影响，基于蒙特卡罗模拟方法建立了水下光束传输数值计算模型，通过控制变量法计算了不同条件下的水下光场分布，并提出以0.1～10.0 lx等值线所包围的面积与计算截面面积比值为相对有效光照范围(relative effective illumination range, REIR)。以REIR为评价指标，对不同条件下的光场分布进行了分析。结果显示：(1)相同功率条件下，REIR依次为绿光>白光>蓝光，以功率420W、叶绿素质量浓度0.1mg/m3为例，3种光色的REIR比值为1.58∶1.31∶1;(2)相同光色条件下，当叶绿素质量浓度为0.1mg/m3时，集鱼灯功率由420W增至1200W,蓝、绿、白3种集鱼灯的REIR分别由31.68%、50.27%、41.78%增至38.59%、56.91%、50.15%,功率增加近3倍，但REIR增幅有限；(3)随着集鱼灯放置深度增加，REIR先增加后稳定；以叶绿素质量浓度1.0mg/m3、功率为420W为例，绿光集鱼灯与白光集鱼灯REIR的最大值约为9.69%～9.84%,出现在放置水深20m左右；而蓝光集鱼灯的REIR最大值约为5.60%,出现在放置水深15m左右；(4)当集鱼灯功率为420W,海水叶绿素质量浓度从0.1mg/m3增至5.0mg/m3,蓝、绿、白3种光色集鱼灯的REIR分别由31.89%、48.25%、42.05%减少至1.65%、2.09%、 2.22%。研究结果可为LED水下集鱼灯光色功率选型、深度放置以及有效光场分布范围估算提供参考。

• 单位
  上海海洋大学