Bei der Gestaltung von Außenelektronik, Gebäudefassaden oder jedem der Sonne ausgesetzten Objekt ist Sonnenstrahlung eine kritische Wärmequelle, die die Lebensdauer Ihres Produkts dramatisch verändern kann. Zu wissen, wie die Kraft der Sonne Ihr Design beeinflusst, kann Ihnen helfen, Entscheidungen zu treffen, die zur Herstellung eines besseren Endprodukts beitragen.

SOLIDWORKS Flow Simulation bietet eine leistungsstarke, aber oft zu wenig genutzte Funktion zur Modellierung der Sonnenstrahlung und ihrer Auswirkungen auf die Wärmeübertragung.

Sonnenstrahlung, die von einer Satellitenantenne reflektiert wird

Verschiedene Arten von Wärmestrahlung

Wärmestrahlung von den Fernfeld-Grenzen des Berechnungsbereichs oder den Modellöffnungen kann in SOLIDWORKS Flow Simulation als Umgebungs- oder Sonnenstrahlung definiert werden. Diese Strahlungstypen können sowohl auf interne als auch auf externe Strömungsstudien angewendet werden.

Umgebungsstrahlung

Umgebungsstrahlung ist der nicht-gerichtete Energiefluss, der von den Wänden eines imaginären riesigen "Raums" erzeugt wird, der den Körper umgibt. Dieser Fluss hat vordefinierte Strahlungsparameter.

Sonnenstrahlung

Im Gegensatz zur Umgebungsstrahlung wird die Sonnenstrahlung durch den gerichteten Energiefluss modelliert. Daher wird die Sonnenstrahlung über ihren Leistungsfluss (Intensität) und ihren Richtungsvektor definiert. Zusätzlich zur Sonnenstrahlung von den Grenzen des Berechnungsbereichs kann auch eine Sonnenstrahlungsquelle angegeben werden, die gerichtete Strahlung aussendet.

So definieren Sie Sonnenstrahlung in SOLIDWORKS Flow Simulation

Um Sonnenstrahlung zu aktivieren, müssen Sie in den allgemeinen Einstellungen der Projekteinrichtung die Wärmeübertragung aktivieren und dann Strahlung auswählen.

Definition der Sonnenstrahlung über Sonnenlicht

Es gibt folgende Möglichkeiten, Sonnenstrahlung in SOLIDWORKS Flow Simulation entweder mit der Discrete Transfer- oder der Discrete Ordinates-Methode zu definieren:

• Nach Standort, Zeit und Trübung
  • Standort kann aus den vordefinierten Städten ausgewählt werden, die in der Engineering-Datenbank von SOLIDWORKS Flow Simulation verfügbar sind, oder durch Definition einer benutzerdefinierten Stadt.
  • Datum kann durch Monat, Tag und Uhrzeit definiert werden.
  • Der Trübungsfaktor ermöglicht es Ihnen, die optische Dicke der Atmosphäre aufgrund des Vorhandenseins von Wasserdampf oder Schadstoffen in der Atmosphäre zu beschreiben.

• Nach Standort und Zeit
• Nach Richtung und Intensität
  • Ein Richtungsvektor (X, Y, Z)-Komponenten und Intensität können definiert werden.
• Nach Azimut und Höhe
• Nach Modell-Sonnenlicht
  • Sie können die Sonnenstrahlungs-Randbedingung angeben, indem Sie sie mit der SOLIDWORKS-Sonnenlicht-Option verknüpfen, die in der Kameraeinstellungen-Option zu finden ist.

Unterschiede zwischen Discrete Transfer- und Discrete Ordinate-Modellen

Die Discrete Transfer-Methode ist das Standard-Strahlungsmodell, das in SOLIDWORKS Flow Simulation verfügbar ist. Wenn Sie über das Add-on HVAC-Modul verfügen, können Sie das Discrete Ordinate-Modell für die Strahlungsberechnung aktivieren.

Discrete Transfer-Modell

Das Discrete Transfer-Modell ist in der Lage, nur diffuse Reflexion oder 100% spiegelnde Reflexion zu simulieren, wenn es über eine radiative Oberflächenrandbedingung vom Symmetrietyp definiert ist. Es kann keine spektralen Abhängigkeiten handhaben. Es kann jedoch geometrische Optik mit einer gerichteten Quelle unter Verwendung einer Forward Solar Ray Tracing-Methode anstelle der standardmäßigen Backward Solar Ray Tracing-Methode handhaben.

Discrete Ordinate-Modell

Das mit dem SOLIDWORKS Flow Simulation HVAC-Modul verfügbare Discrete Ordinate-Modell ist in der Lage, spektrale (Wellenlängen-)Abhängigkeiten zu handhaben und unterstützt die Verwendung halbtransparenter Oberflächen. Für hohe Temperaturgradienten und die Berücksichtigung geometrisch-optischer Effekte wird die standardmäßige Discrete Transfer-Methode empfohlen.

Beispiel für die Erstellung einer Studie zur Sonnenstrahlung

Als Beispiel kann die Sonnenlicht-Option verwendet werden, um Sonnenstrahlung einzurichten. Die Ausrichtung, Zeit und Dauer werden in den allgemeinen Studieneinstellungen in SOLIDWORKS Flow Simulation definiert und können zeitabhängig sein.

Einrichtung von Sonnenlicht in den allgemeinen Einstellungen

 Eine transiente Analyse kann eingerichtet werden, um die Sonne zu simulieren, die über einige Stunden auf das Gebäude scheint. Die Ergebnisse können mit einfallenden und strahlenden Flussdiagrammen angezeigt werden. Zusätzlich können Oberflächenkonturdiagramme erstellt werden, um den Fluss auf den Außenwänden des Gebäudes zu zeigen.

Solarflussdiagramme aus der Strahlungssimulation