建筑室内热环境计算

在建筑物分析中，太阳辐射构成了温暖天气下对制冷系统的显著负荷，尤其是使用了大量美观的玻璃墙面的建筑物。即使在较冷的天气下，由于现代建筑群很好地隔绝了冬天的热损失，太阳负载也可能产生制冷系统的工作负荷。FLUENT的太阳加载模型为工程师提供确定建筑物内部太阳加热效应的有效工具的同时，也考虑了一天中不同时间穿过所有玻璃天幕的太阳辐射，从而能够在流场研究前进行重要性决策。

太阳辐射模型

太阳辐射模型的射线跟踪算法用于预测入射太阳辐射所引起的直接照射热流，该算法将太阳辐射处理成具有太阳位置向量和照射参数的一条射线，并将其用于用户指定的壁面、入口和出口边界上，通过进行面与面之间的遮蔽分析来确定在所有边界面元和内部壁面上被遮挡的部分，然后计算入射太阳辐射在边界面元上所产生的热流。在射线跟踪计算中， 太阳射线跟踪算法只包括与流体区域批邻的边界区域。换言之，属于固体的边界区域将被忽略。

太阳射线跟踪算法计算所产生的热流通过能量方程中的源项耦合到FLUENT的计算中。热源被直接加入到每个表面上的边界计算单元上，并按照下面的次序分配到相邻的单元中：壳层导热单元、固体单元和流体单元。热源只被分配到毗邻的其中一种单元上。用户可以选择越过这种次序，通过在文本用户窗口中输入指令就能够在太阳载荷计算中包括毗邻的流体单元。太阳位置向量和太阳强度可以由用户直接输入，或者由太阳计算器进行计算。直接和漫射辐照参数也能够使用UDF确定，并使用Radiation Model面板上相关选项叠加到FLUENT中。

太阳射线跟踪选项允许用户在所建立的FLUENT模型中包括直接太阳照射以及漫射太阳辐射的影响。直接太阳照射计算使用了两波段光谱模型来考虑可见光和红外波段中不同的材料特性。漫射辐射计算使用了单波段半球平均光谱模型。不透明材料光谱特性使用两波段吸收率进行表征。半透明材料需要指定吸收率和透过率。用户指定的透过率和吸收率定义的是法向入射方向。对给定的入射角，FLUENT重新计算/内插了用户给出的值。

太阳射线跟踪算法也考虑了内部散射和漫射的载荷，对直接入射太阳辐照的反射部分进行了追踪。该反射热流的分数，称之为内部散射能量，应用于太阳加载计算中的所有表面，用面积进行加权。内部散射能量取决于在TUI设置的散射分数，其默认值为1。根据主表面上的反射率，散射分数就能够看成计算域中剩余部分上所包括(或排除)的大量辐射。

在内部散射能量中还包括了漫射太阳辐照透过部分的贡献(通过半透明壁面进入计算域中的部分取决于半球透过率)。内部散射能量总的值在FLUENT控制台窗口中显示。用内部散射能量除以参与太阳加载计算的表面的总面积得到环境热流。

太阳射线跟踪不是参与性的辐射模型。模型没有处理表面的发射，并且主要入射负荷的反射部分是均匀分布于所有的表面，而不是发生反射的局部的表面。如果在表面发射是 重要因素的情况下，那么用户需要将辐射模型(例如P1)与太阳射线跟踪一起使用。

太阳射线跟踪中使用的遮蔽计算直接应用了向量几何。射线从测试面元的几何中心沿太阳方向上开始跟踪。四重树状后处理步骤用于建校跟踪箅法的复杂性，能够产生对10e-4个面元或更大数目面元的很长的运行时间。在文本界面上能够修改四重树状提纯因子。该参数的默认值是7，已经足以覆盖在单个单元与五百万个单元之间网格尺寸的整个谱系。如果网格超过五百万个单元，增加该参数能够减小计算太阳负荷所需要的CPU时间。

太阳射线跟踪算法中需要对于太阳方位、辐照强度以及物质的辐射热物理参数进行设置，包括太阳方向向量、直接太阳辐照、漫射太阳辐照、光谱分数、不透明壁面的直接和红外吸收率、半透明壁面的直接和红外吸收率与透过率、半透明壁面的漫射半球吸收率和透过率、四重树状提纯因子、散射分数和地面反射率等参数。

用户可以在Radiation Model面板上输入太阳方向向量元素(X、Y、Z)、和漫射太阳辐照值一起作为输入常数，或者使用太阳计算器推导这些参数。辐照也可以使用UDF进行定义。FLUENT中给出了太阳射线跟踪算法中散射函数和四重树状提纯因子的默认设置。 地面反射率是地面总的反射率，用于计算地面反射的辐射产生的漫射福射部分。用户可以在控制台窗口中使用文本指令修改这些默认值。如果用户希望在太阳射线跟踪中加入的特性壁面区域的吸收率和透过率参数，需要打开Wall边界条件面板进行输入。

DO辐射模型

太阳加载模型的离散坐标（DO）辐照选项为用户提供了直接应用于DO模型计算太阳负荷的方法。但是，与射线跟踪太阳加载算法不同的是，DO辐照方法不计算热流，因而不能够直接应用于能量方程中。相反，辐照热流直接作为边界条件应用到半透明壁面上，所产生的辐射热流从DO辐射传递方程的解计算导出。

在半透明壁面上DO辐照算法所需要的设置的参数为总的辐照（直接和漫射）、光束方向、光束宽度和漫射分数等参数。在使用DO辐照算法计算太阳辐射载荷时，用户可以在每个半透明壁面上给出太阳辐射边界条件，通过壁面的Wall边界条件面板进行设置，用户可以设置光束方向，而总的辐照可以通过Radiation Model面板上设置的太阳参数（例如太阳计算器）计算导出。使用DO算法计算太阳方位和总的辐照量时，通过选择Use Beam Direction from Solar Parameters和Use Irradiation from Solar Parameters选框完成设置。FLUENT对DO辐照设置的光束宽度(对太阳的对向角)为默认值0.53。

在DO模型中使用的光束方向的符号与输入或从太阳参数导出的太阳方向向量相反。DO模型中的光束方向是外部辐射的方向(例如来自于太阳的辐射），而在太阳加载模型中太阳方向向量指向太阳。入射辐射与太阳角度有相反的符号是因为它们是从相反的视角定义的量。

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