FLUENT太陽輻射模型應(yīng)用簡單案例

1 前言

FLUENT自帶了一個(gè)太陽輻射模型（solar load model），可以用來計(jì)算太陽光線進(jìn)入計(jì)算域帶來的輻照，其所謂光線追蹤法（ray tracing approach）可以高效地將太陽輻射作為熱源加入到計(jì)算域中。但是太陽輻射模型只能用于三維模型，可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)或者瞬態(tài)求解，對于建筑的暖通負(fù)荷設(shè)計(jì)計(jì)算很實(shí)用。比如，要計(jì)算一個(gè)房間全天候的冷負(fù)荷情況，就可以引入該模型。今天，我們就以一個(gè)簡單的三維房間做一個(gè)案例計(jì)算。

2 模型與網(wǎng)格

建立如下一個(gè)3m×3m×3m的房間，其中東側(cè)有一個(gè)1.5m×1m的玻璃窗戶，計(jì)算早上9點(diǎn)太陽光照到房間的效果。本案例僅僅求解太陽光線輻射和壁面輻射，暫不考慮對流傳熱，因此采用較粗的網(wǎng)格即可。

3 求解設(shè)置與邊界條件

開啟能量方程。

在輻射模型中開啟太陽光線追蹤。

設(shè)置太陽輻照計(jì)算器，設(shè)置計(jì)算域所在的經(jīng)緯度和時(shí)區(qū)、日期和時(shí)間，設(shè)置計(jì)算域的朝向，窗戶一側(cè)為東側(cè)，其模型坐標(biāo)為X軸，再設(shè)置一下北側(cè)，坐標(biāo)為Y軸。這樣就確定了房間的位置以及和太陽光線的相對位置。

空氣的材料屬性采用默認(rèn)值。

設(shè)置除了玻璃窗戶之外的壁面邊界條件，對流換熱系數(shù)為10W/m ^2^ ℃，外部溫度26.85℃。輻射邊界類型為不透明壁面，吸收率采用默認(rèn)值。

設(shè)置玻璃窗戶的輻射邊界類型為半透明壁面，吸收率和透射率采用默認(rèn)值。

需要注意的是，實(shí)際工程計(jì)算中，以上的邊界條件和材料屬性要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置。

關(guān)閉流動方程和湍流方程的求解，只求解能量方程。

設(shè)置能量方程的收斂條件。

初始化，穩(wěn)態(tài)求解。

4 計(jì)算結(jié)果

首先，看一下各壁面的溫度分布，這里重點(diǎn)觀察底面以及玻璃窗戶的情況以反映太陽光的照射?？梢钥吹教柟庹丈涞降酌嬷笠鸬木植繙囟冗_(dá)到42.04℃，玻璃窗戶的溫度為32℃。這里由于沒有考慮壁面之間的熱輻射傳熱量，因此溫度會偏高一些，為更加準(zhǔn)確地模擬實(shí)際情況，除了計(jì)算空氣對流之外，還可加入輻射模型，本案例從略。

計(jì)算一下各壁面的傳熱功率，總傳熱量為-1621W，負(fù)號表示傳出計(jì)算域。

根據(jù)以上的傳熱量，也可以說明整個(gè)房間通過壁面接收的太陽輻射量為1621W（無源計(jì)算域，能量平衡），如下。

以上的值也等于壁面吸收的可見光和紅外光能量之和。