FLUENT太阳辐射模型应用简单案例

1 前言

FLUENT自带了一个太阳辐射模型（solar load model），可以用来计算太阳光线进入计算域带来的辐照，其所谓光线追踪法（ray tracing approach）可以高效地将太阳辐射作为热源加入到计算域中。但是太阳辐射模型只能用于三维模型，可进行稳态或者瞬态求解，对于建筑的暖通负荷设计计算很实用。比如，要计算一个房间全天候的冷负荷情况，就可以引入该模型。今天，我们就以一个简单的三维房间做一个案例计算。

2 模型与网格

建立如下一个3m×3m×3m的房间，其中东侧有一个1.5m×1m的玻璃窗户，计算早上9点太阳光照到房间的效果。本案例仅仅求解太阳光线辐射和壁面辐射，暂不考虑对流传热，因此采用较粗的网格即可。

3 求解设置与边界条件

开启能量方程。

在辐射模型中开启太阳光线追踪。

设置太阳辐照计算器，设置计算域所在的经纬度和时区、日期和时间，设置计算域的朝向，窗户一侧为东侧，其模型坐标为X轴，再设置一下北侧，坐标为Y轴。这样就确定了房间的位置以及和太阳光线的相对位置。

空气的材料属性采用默认值。

设置除了玻璃窗户之外的壁面边界条件，对流换热系数为10W/m ^2^ ℃，外部温度26.85℃。辐射边界类型为不透明壁面，吸收率采用默认值。

设置玻璃窗户的辐射边界类型为半透明壁面，吸收率和透射率采用默认值。

需要注意的是，实际工程计算中，以上的边界条件和材料属性要根据实际情况设置。

关闭流动方程和湍流方程的求解，只求解能量方程。

设置能量方程的收敛条件。

初始化，稳态求解。

4 计算结果

首先，看一下各壁面的温度分布，这里重点观察底面以及玻璃窗户的情况以反映太阳光的照射。可以看到太阳光照射到底面之后引起的局部温度达到42.04℃，玻璃窗户的温度为32℃。这里由于没有考虑壁面之间的热辐射传热量，因此温度会偏高一些，为更加准确地模拟实际情况，除了计算空气对流之外，还可加入辐射模型，本案例从略。

计算一下各壁面的传热功率，总传热量为-1621W，负号表示传出计算域。

根据以上的传热量，也可以说明整个房间通过壁面接收的太阳辐射量为1621W（无源计算域，能量平衡），如下。

以上的值也等于壁面吸收的可见光和红外光能量之和。