沙漠环境模拟中太阳模拟器参数对辐照度分布的影响

【摘要】： 本文以沙漠环境模拟实验室为研究对象,采用数值模拟与实验研究相结合的方法对实验室内太阳模拟器参数对沙面辐照度分布的影响进行了研究。 数值计算部分采用了商用CFD软件进行模拟计算,通过建立动网格模型,应用可实现k-ε两方程对所研究问题进行求解。为了减少变动节点的数量以提高计算速度,将整个实验室区域分成了动态区域与静态区域。按照太阳模拟器的运动速度,引入UDF控制动态区域的节点运动,网格通过铺层算法来更新。根据光源的开启情况,分别模拟了太阳模拟器做有规律的升降运动时,单开一组光源、同时开启两组和多组光源实验室内模型实验区沙面辐射场的分布。同时选择典型工况,对实验室模型实验区沙面辐照度进行了测量,并将所得结果与数值模拟值进行了对照分析。 数值模拟与实验测量结果表明,两者吻合良好,说明CFD软件中的DO模型和动网格铺层算法能够比较准确的用于本实验室的辐射模拟。四组全开的工况中,在太阳模拟器下降过程中,模型实验区沙面的辐照不均匀度从9.57%一直减小到6.62%,上升过程则从6.62%一直增加到9.68%。其它模拟工况中,模型实验区沙面不均匀度也有类似的变化规律,但开启光源组数越少,对应相同高度上辐照不均匀度的值越大。太阳模拟器高度相同时,A组工况的辐照不均匀度的值最大,C组工况下的值次之,B组最小。这说明,太阳模拟器光源开启的数目越多,距沙面的高度值越小,不仅沙面辐照度的值越大,同时辐照不均匀度也越小,即沙面辐照分布越均匀。同时,模拟和实验结果还显示,沙面的辐射效果具有叠加性,但沙面入射辐射值增量对应太阳模拟器高度变化呈非线性分布。