利用动网格技术对日光模拟器动态辐照特性的研究.pdfVIP

第34卷第1期 太阳能学报 V01．34，No．1 2013年1月 AC。I'AENERGIAE SOLARISSINICA Jan．，2013 文章编号：0254-0096(2013)01-0165-06 利用动网格技术对日光模拟器动态辐照特性的研究 孟庆龙1”，王元1 (1．西安交通大学能源与动力工程学院，西安710049；2．长安大学环境科学与工程学院，西安710054) 摘要：利用动网格技术实现日光模拟器的动态运动模拟，对不同工况下模拟器的动态辐照特性进行研究。利用 动网格模型中的动态铺层算法来实现网格的更新，通过用户自定义函数UDF定义模拟器的周期性升降运动。通过 数值计算得到辐照度变化的详尽动态信息，并与实验数据进行对比分析。结果显示，模拟器高度和光源数量是影 响辐照度的主要因素。模拟器距地面高度与地面辐照度呈线性关系，辐照不均匀性随高度降低而变小；各工况下 辐照度满足叠加性；典型点的动态辐照度数值结果与实验结果基本吻合，验证了该动网格数值模型的可靠性。该 模型可用于其他多种工况的研究，为实现太阳辐射的日变化模拟提供预测数据参考。 关键词：日光模拟；计算流体动力学；动网格；动态铺层算法 中图分类号：TUll3．2+3文献标识码：A 0 引 言 过数值模拟可为人工模拟太阳辐射强度的实验研究 提供详细的数据参考，从而为太阳能光热利用提供 太阳模拟技术是一门研究模拟太阳辐射强度 准确、稳定的实验研究平台。 (辐照度)的技术，包括不同大气质量条件下的太阳 光谱特性、太阳光总辐照度、太阳光准直角、辐照不 1用动网格技术进行动态辐照度的数 均匀度、辐照不稳定度等¨J。为了应用模拟器进行 值模拟 实验，需要对模拟器的辐照特性有详细的认识。利 用实验的方法对其静态特性进行研究通常需要逐点 1．1研究对象 测量辐照面各点的辐照度，测量时间较长，工作量较 日光模拟器实物照片及平面图如图1、图2所 大；研究动态特性时，测点数往往受硬件条件限制， 示。该模拟器由188个功率为400W的反射型日光 只能是几个甚至是单点，很难获得全场信息。相比 色镝灯(DDF400)组成。灯阵镝灯分为4组，分别为 实验研究，CFD数值模拟方法具有设计周期短、成本 低、通用性好的优点，通过数值模拟可提供全场物理 个)；通过控制装置可进行单组灯的开关或灯组的组 量的时空信息，研究者完全可根据需要调取相应位 合开关。另外，日光模拟器灯架由电动装置驱动，可 置和时间上各物理变量的分布情况；其在工程设计 在竖直方向升降。在模拟器上方安装排风罩对模拟 和分析中越来越受到重视，已作为基本研究方法和 器通风降温，通过轴流高温排烟风机将镝灯产生的 设计手段用于分析和模拟几乎所有涉及流体流动、 热量排到室外，且其转速可根据灯数自动调节旧J。 导热等现象的问题。 当模拟器高度为2m时，在日光模拟器与地面 为实现太阳辐射强度的日变化模拟，需要对日 光模拟器的动态辐照特性有足够认识。因此，本文 的模型试验区。随模拟器高度的变化；模型实验区 利用CFD商用软件Fluent，通过引入动网格模型，研的高度也发生变化。本文主要研究不同工况下模拟 究沙漠环境模拟实验室太阳辐射模拟器在按设定要 器在竖直方向升降时引起模型试验区地面即沙面辐 求升降时指定辐照面上辐照度的动态分布特性。通 照度的变化情况，给出定量信息。 收稿日期：2010-1l-24 基金项目：国家自然科学基金；新疆维吾尔自治区科技攻关重点项目(200833121) 太 阳 能 学 报 34卷 式中