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 $J_{dir, source, λ}$ 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 $J_{d, source, λ}$ 。

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

$α_{d} = \frac{360 °}{365} (d_{y e a r} - 1)$

(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

$r_{E} = 1.000110 + 0.034221 \cos (α_{d}) + 0.001280 \sin (α_{d}) + 0.000719 \cos (2 α_{d}) + 0.000077 \sin (2 α_{d})$

(1774)

协调世界时 (UTC)（以小时为单位）：

图 3. EQUATION_DISPLAY

U T C = h o u r + \frac{m i n u t e}{60} - t i m e Z o n e

(1775)

儒略日 [423]：

图 4. EQUATION_DISPLAY

d_{j u l} = 32916.5 + 365 (y e a r - 1949) + \frac{y e a r - 1949}{4} + d_{y e a r} + \frac{U T C}{24}

(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

L_{m} = 280.460 + 0.9856474 t_{e c} (0 ° \leq L_{m} \leq 360 °)

(1778)

平近点角 [423]：

图 7. EQUATION_DISPLAY

A_{m} = 357.528 + 0.9856003 t_{e c} (0 ° \leq A_{m} \leq 360 °)

(1779)

椭圆经度 [423]：

图 8. EQUATION_DISPLAY

L_{e} = L_{m} + 1.915 \sin (A_{m}) + 0.020 \sin (2 A_{m}) (0 ° \leq L_{e} \leq 360 °)

(1780)

椭圆倾斜度 [423]：

图 9. EQUATION_DISPLAY

O_{e} = 23.439 - (4 \times 10^{7}) t_{e c}

(1781)

赤纬 [423]：

图 10. EQUATION_DISPLAY

D_{c} = {sin}^{-1} {\sin (O_{e}) \sin (L_{e})}

(1782)

赤经 [423]：

图 11. EQUATION_DISPLAY

R_{a} = {tan}^{- 1} {\frac{\cos (O_{e}) \sin (L_{e})}{\cos (L_{e})}} (0 ° \leq R_{a} \leq 360 °)

(1783)

格林尼治平恒星时 [423]：

图 12. EQUATION_DISPLAY

t_{g m t} = 6.697375 + 0.0657098242 t_{e c} + U T C (0 \leq t_{g m t} \leq 24)

(1784)

局部平恒星时 [423]：

图 13. EQUATION_DISPLAY

L_{m s t} = {15 t}_{g m t} + L_{o} (0 ° \leq L_{m s t} \leq 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

β_{h} = L_{m s t} - R_{a} (- 18 0 ° \leq β_{h} \leq 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 (D_{c}) \sin (L_{a}) + \cos (D_{c}) \cos (L_{a}) \cos (β_{h})} (0 ° \leq Z \leq 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} {\frac{\sin (θ) \sin (L_{a}) - \sin (D_{c})}{\cos (θ) \cos (L_{a})}} i f β_{h} > 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 > 85 °

(1790)

图 19. EQUATION_DISPLAY

c f = \frac{58.1}{\tan (θ)} - \frac{0.07}{\tan^{3} (θ)} + \frac{0.000086}{\tan^{5} (θ)} if 5 ° \leq θ \leq 85 °

(1791)

图 20. EQUATION_DISPLAY

\begin{matrix} c f = 1735 + θ [- 518.2 + θ {103.4 + θ (- 12.79 + 0.711)}] \\ if - 0.575 ° \leq θ < 5 ° \end{matrix}

(1792)

图 21. EQUATION_DISPLAY

c f = \frac{20.774}{\tan (θ)} if θ < - 0.575 °

(1793)

图 22. EQUATION_DISPLAY

c f = (\frac{c f}{3600}) (\frac{283 P}{1013 (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

θ_{r} = θ + c f (- 9 ° \leq θ_{r} \leq 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 = C_{s} r_{E} (\cos (Z_{r})) f_{s} if \cos (Z_{r}) > 0

(1797)

图 26. EQUATION_DISPLAY

q = 0 if \cos (Z_{r}) \leq 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

q_{d i r} = q (1.0 - f_{d i f f})

(1800)