1 前言
FLUENT自帶了一個太陽輻射模型(solar load model),可以用來計算太陽光線進入計算域帶來的輻照,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算域中。但是太陽輻射模型只能用于三維模型,可進行穩態或者瞬態求解,對于建筑的暖通負荷設計計算很實用。比如,要計算一個房間全天候的冷負荷情況,就可以引入該模型。今天,我們就以一個簡單的三維房間做一個案例計算。
2 模型與網格
建立如下一個3m×3m×3m的房間,其中東側有一個1.5m×1m的玻璃窗戶,計算早上9點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,因此采用較粗的網格即可。
3 求解設置與邊界條件
開啟能量方程。
在輻射模型中開啟太陽光線追蹤。
設置太陽輻照計算器,設置計算域所在的經緯度和時區、日期和時間,設置計算域的朝向,窗戶一側為東側,其模型坐標為X軸,再設置一下北側,坐標為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值。
設置除了玻璃窗戶之外的壁面邊界條件,對流換熱系數為10W/m ^2^ ℃,外部溫度26.85℃。輻射邊界類型為不透明壁面,吸收率采用默認值。
設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值。
需要注意的是,實際工程計算中,以上的邊界條件和材料屬性要根據實際情況設置。
關閉流動方程和湍流方程的求解,只求解能量方程。
設置能量方程的收斂條件。
初始化,穩態求解。
4 計算結果
首先,看一下各壁面的溫度分布,這里重點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_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,為更加準確地模擬實際情況,除了計算空氣對流之外,還可加入輻射模型,本案例從略。
計算一下各壁面的傳熱功率,總傳熱量為-1621W,負號表示傳出計算域。
根據以上的傳熱量,也可以說明整個房間通過壁面接收的太陽輻射量為1621W(無源計算域,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。
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