太阳辐射

与日照环境的热辐射交换包括直接分量和漫射分量。

太阳直射通量指直接入射到区域、没有大气或其他对象扰动的阳光辐射。 它建模为直射源,如 Eqn. (1701) 中的 Jdir,source,λ 所给出。 太阳漫辐射是大气散射以及物体(如地面)反射和透射的结果。 它建模为 Eqn. (1701) 中的漫射源 Jd,source,λ。

下图定义了太阳直射通量方向的坐标系:



X 轴与本地磁北方向对齐,Y 轴与本地磁西方向对齐,也就是说 XY 平面为本地地球表面平面。 Simcenter STAR-CCM+ 采用右手坐标系,因此 Z 轴指向天空。

太阳能计算器的用户输入范围

太阳能计算器是一组方程,用于计算太阳、地球和大气之间的天文关系。 它由国家可再生能源实验室 (NREL) [420] 开发。 在太阳能计算器中,此公式提供用于太阳位置和通量计算的方程。 各种参数的用户输入必须处于下表显示的范围内。

此公式中显示的所有角都以度为单位。

变量 范围
年度 1950-2050
月份 1-12
天 1-31(取决于月份)
小时 0 – 23
分钟 0-59
时区 -12.0 -+12.0(以小时为单位)
纬度 - 90.0-+90.0(以度为单位)
经度 -180.0-+180.0(以度为单位)
漫射通量的分数 0.0-1.0
阳光因子 0.0-1.0

太阳方向的计算

太阳高度、方位角和相关几何参数计算如下:

  • 日角 [421]:
    图 1. EQUATION_DISPLAY
    αd=360°365(dyear-1)
    (1773)

    其中, d y e a r 为一年中的某日。

  • 地球半径矢量 [422]:
    图 2. EQUATION_DISPLAY
    rE=1.000110+0.034221⁢cos⁡(αd)+0.001280⁢ sin⁡(αd)+0.000719⁢cos⁡(2αd) + 0.000077⁢sin⁡(2αd)
    (1774)

协调世界时 (UTC)(以小时为单位):

图 3. EQUATION_DISPLAY
U T C = h o u r + m i n u t e 60 - t i m e Z o n e
(1775)

儒略日 [423]:

图 4. EQUATION_DISPLAY
djul=32916.5+365(year-1949)+year-19494+dyear+UTC24
(1776)

椭圆坐标计算中使用的时间 [423]:

图 5. EQUATION_DISPLAY
t e c = d j u l - 51545.0
(1777)

平黄经 [423]:

图 6. EQUATION_DISPLAY
Lm=280.460+0.9856474tec           (0°≤Lm≤360°)
(1778)

平近点角 [423]:

图 7. EQUATION_DISPLAY
Am=357.528+0.9856003tec           (0°≤Am≤360°)
(1779)

椭圆经度 [423]:

图 8. EQUATION_DISPLAY
Le=Lm+1.915sin⁡(Am)+0.020sin⁡(2Am)           (0°≤Le≤360°)
(1780)

椭圆倾斜度 [423]:

图 9. EQUATION_DISPLAY
Oe=23.439-(4×107)tec
(1781)

赤纬 [423]:

图 10. EQUATION_DISPLAY
Dc=sin-1{sin⁡(Oe) sin⁡(Le)}
(1782)

赤经 [423]:

图 11. EQUATION_DISPLAY
Ra=tan−1{cos⁡(Oe) sin⁡(Le)cos⁡(Le)}⁢                   (0°≤Ra≤360°)
(1783)

格林尼治平恒星时 [423]:

图 12. EQUATION_DISPLAY
tgmt=6.697375+0.0657098242tec+UTC           (0≤tgmt≤24)
(1784)

局部平恒星时 [423]:

图 13. EQUATION_DISPLAY
Lmst=15tgmt+Lo           (0°≤Lmst≤360°)
(1785)

其中, L o 为用户自定义的地理位置经度。

小时角 [423]:

图 14. EQUATION_DISPLAY
βh=Lmst-Ra           (-180°≤βh≤180°)
(1786)

不具有折射的太阳天顶角 Z 和高度角 [423]:

图 15. EQUATION_DISPLAY
Z=cos-1{sin⁡(Dc) sin⁡(La)+cos⁡(Dc) cos⁡(La) cos⁡(βh)}⁢                   (0°≤Z≤99°)
(1787)

其中, L a 为用户自定义的地理位置纬度。 Z 限定为地平线下 9 度,以补偿折射。

高度:

图 16. EQUATION_DISPLAY
θ = 90 ° - Z
(1788)

太阳方位角 [423]:

图 17. EQUATION_DISPLAY
ϕ=180°−cos-1{sin⁡(θ) sin⁡(La)−sin⁡(Dc)cos⁡(θ) cos⁡(La)}⁢              if     βh>0°,   ϕ=360°−ϕ
(1789)

折射校正的应用

折射校正 [424] 应用如下:

c f 为源于大气折射的校正因子。

图 18. EQUATION_DISPLAY
c f = 0        if  θ > 8 5 °
(1790)
图 19. EQUATION_DISPLAY
cf=58.1tan⁡(θ)-0.07tan⁡ 3(θ)+0.000086tan⁡ 5(θ)       if 5°≤θ≤85°
(1791)
图 20. EQUATION_DISPLAY
cf=1735+θ[-518.2+θ{103.4+θ(-12.79+0.711)}]if -0.575°≤θ<5°
(1792)
图 21. EQUATION_DISPLAY
cf=20.774tan⁡(θ)       if θ<-0.575°
(1793)
图 22. EQUATION_DISPLAY
cf=(cf3600)(283P1013(273+T))
(1794)

其中, P 等于 1013 mbar 气压, T 等于 15 ° C 平均大气温度。

折射校正高度:

图 23. EQUATION_DISPLAY
θr=θ+cf           (-9°≤θr≤90°)
(1795)

折射校正天顶:

图 24. EQUATION_DISPLAY
Z r = 90 - θ r
(1796)

太阳能通量的计算

总太阳能通量:

图 25. EQUATION_DISPLAY
q=CsrE(cos⁡(Zr))fs       if cos⁡(Zr)>0
(1797)
图 26. EQUATION_DISPLAY
q=0       if cos⁡(Zr)≤0
(1798)

其中, C s 为等于 1376.0 W / m 2 的太阳能常数, f s 为阳光因子。

漫射通量:

图 27. EQUATION_DISPLAY
q d i f f = q f d i f f
(1799)

其中, f d i f f 为漫射因子。

直射通量:

图 28. EQUATION_DISPLAY
qdir=q(1.0-fdiff)
(1800)