植物工厂是一种能够使植物的生长发育不受或很少受自然条件制约的高新技术高度密集的高效设施农业系统。已经广泛被应用于生产实践,但植物工厂的生产建设成本以及运营成本还有很大的降低空间。人们在研究植物工厂的初期就意识到了要提高植物工厂内部的空气流动强度以便提高农作物产量。研究初期通常使用理论分析和实验分析两种方法来解决问题,但这两种方法需要消耗大量的时间和资金。随着计算流体力学（CFD,Computational Fluid Dynamics）方法被应用到植物工厂研究,植物工厂的研究效率得到了极大提升。大量实验证明,使用CFD研究植物工厂得到的实验结果与实际情况的吻合度高,仿真结果可以作为指导实践的依据。虽然已经有很多学者使用CFD方法对植物工厂进行了研究,但大部分研究过度简化了仿真条件,没有考虑到热源传到给空气的热量等复杂条件对流动过程的影响,这就导致了仿真结果的可信性降低。而且三维世界中的流体问题本身存在极高的复杂性,植物工厂种类繁多,大部分研究针对的是大型、简单结构的强制对流型植物工厂。本文的研究对象是便于教学科研实验及实现精细化节能农业生产使用的微型自然对流型植物工厂;在仿真过程更加细致,充分考虑由温度差导致的压力驱动对植物工厂内部空气流动的影响;提出了通过计算机软件建模、计算机仿真、改进三维模型局部结构的迭代方式从而改进微型植物工厂的几何结构的设计方法。本文通过CFD方法,验证了更加节能的自然对流型微型植物工厂应用于海南热带季风气候地区的可行性。通过计算机软件建立三维模型、仿真模拟计算、不断迭代优化三维模型结构设计的技术路线探究了植物工厂内部以下因素对植物工厂内部自然对流强度的影响:箱体形状对自然对流强度的影响;进气口排列方式及数量对自然对流强度的影响;出气通道长度对自然对流强度的影响;导流隔板对自然对流强度的影响。综合分析以上几种不同的几何结构对植物工厂内部自然对流强度的影响的仿真结果,设计出一种能够充分利用海南气候优势条件又能节省运营成本的自然对流型微型植物工厂,并进行了该种微型植物工厂在不同室温条件下适用性分析。研究发现,利用“烟囱效应”来设计植物工厂的结构可提高自然对流换热强度,不同的内部结构对自然对流换热强度有显著影响,四面进气口的方体结构植物工厂相比于圆柱体结构的植物工厂内部自然对流强度最大;四面进气口的植物工厂内部自然对流强度相比于对侧进气口植物工厂要大;植物工厂的出风口管道的长度差异不会对自然对流强度造成显著影响;导流隔板的设计对增强植物工厂内的自然对流强度有至关重要的作用。通过优化设计可以使植物工厂内部的空气流速、温度满足植物在海南气候条件下生长的需要。