LED水下集鱼灯光场分布数值模拟分析

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/m^(3)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/m^(3)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/m^(3)、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/m^(3)增至5.0mg/m^(3),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。