湖南大学-太阳辐射对乘员热舒适性影响的研究_谷正气

第34卷第8期 2011年8月

合肥工业大学学报(

自然科学版)

JO U RN AL O F H EFEI U N IV ERSIT Y OF T ECH N OL O GY

Vol.34No.8 Aug.2011

收稿日期:2010-07-14;修回日期:2011-03-22

基金项目:国家863计划资助项目(2007AA04Z122);教育部长江学者与创新团队发展计划资助项目(531105050037)作者简介:江 涛(1981-),男,湖北宜昌人,湖南大学博士生;

谷正气(1963-),男,湖南长沙人,博士,湖南大学教授,博士生导师.

Doi:10.3969/j.issn.1003-5060.2011.08.004

太阳辐射对乘员热舒适性影响的研究

江 涛, 谷正气, 杨 易, 尹郁琦, 容江磊

(湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,湖南长沙 410082)

摘 要:太阳辐射对轿车乘员舱热舒适性有较大影响,在设计空调系统制冷时,应该以太阳辐射对乘员产生最大热量时的工况为依据,而在传统设计中往往采用90b 太阳高度角时的辐射工况。文章通过采用RN G k -E 湍流方程和Discrete O rdinates 辐射模型,结合人体各个部位的热评价机制,对某款轿车的乘员热舒适性进行了多工况数值模拟和分析,结果表明,在63151b 太阳高度角时的辐射工况下,人体各部位当量温度大部分都超出了舒适范围,而直射工况下各部位当量温度基本在舒适范围之内,该分析结果为轿车空调系统的制冷设计提供了参考。

关键词:太阳辐射;高度角;热舒适性;数值模拟

中图分类号:U 467.12 文献标识码:A 文章编号:1003-5060(2011)08-1135-04

Influence of solar incidence on thermal comfort of car occupants

JIANG Tao, GU Zheng -qi, YANG Yi, YIN Yu -qi, RONG Jiang -lei

(State Key Laboratory of Advanced Design and M anu facturing for Vehicle Body,H unan U niver sity,Changs ha 410082,C hina)

Abstract:Solar incidence has g reat influence o n the thermal co mfort of car cabin,so the cryo gen design of car air conditio ning system sho uld be gro unded o n the w orking co ndition w hen the solar incidence generates m ost heat on car occupants,instead o f the condition w hen the solar altitude angle is 90b ,w hich is usually applied in traditional design.By introducing RNG k -E turbulence equation and Dis -crete Or dinates incidence m odel,and considering the therm al evaluation m echanism of human body parts,mult-i conditio nal numerical sim ulation o f the occupants .therm al com for t is conducted on a classic car.T he results show that w hen the altitude ang le is 63151b ,the equivalent temperature o n hu -m an body par ts ex ceeds the comfort lev el,and w hen the solar altitude ang le is 90b ,the equivalent temperature is comfortable.The study is valuable for the design of car air conditioning system.Key words:solar incidence;altitude ang le;therm al co mfort;numerical simulatio n

0 引 言

随着汽车特别是轿车对乘坐舒适性的要求越来越高,热舒适性越来越受到研发设计人员的重视。良好的热舒适性环境能改善乘坐环境,降低司机及乘客的旅途疲劳度,也有利于行驶安全性的提高[1],因此,轿车乘员舱内的热环境研究是十分必要的。轿车乘员舱的热舒适性与诸多因素有关,譬如汽车所处的地理位置、日期、时间、天气状况、内饰材料的热属性以及玻璃对光谱的物理特性等。

目前的研究主要集中在空调系统的送风口面积和送风流量、座位散热特性和布置等方面[2-5],由于缺乏对太阳辐射工况的详细分析和考虑,往往以90b 太阳高度角时的直射工况为参照。该工况下人体所接收的太阳热负荷不一定最大,按照此工

况所设计的空调制冷系统就不尽合理。

随着时刻的变化,辐射强度、方位角、高度角等参数均是变化的,因此有必要研究不同辐射工况对乘员舱的影响。本文以某款三厢轿车和驾驶员为研究对象,分析对比了8种辐射工况,结合现有的人体部位热评价机制,得出在63151b 高度角时的工况下人体热负荷量最大,这对空调系统的制冷设计有一定的指导作用。

1 研究对象

本文以某三厢双排轿车和驾驶员作为研究对象,由于发动机舱、后备箱以及车轮对车厢内流场热舒适性影响较小,为减少网格划分时间,故简化处理。车厢、座椅和人体的CAD 模型如图1

所示。

图1 车厢、座椅和人体的CAD 模型

2 数学模型

211 基本控制方程

在汽车内流场情况下,空气运动速度比较小,空气密度变化不大,可近似为常数,因此车室内空气可看作三维不可压缩流场,雷诺数相对较小,但是仍然超过了临界雷诺数,因此流场按湍流模式处理,并且为稳态湍流。同时不考虑漏风影响,认为车室内气密性良好。由于太阳辐射和车室内各固面之间的辐射存在,车内为辐射透明介质。

湍流模型种类繁多,通常在对车内流场模拟时应用较多的是RNG k -E 湍流模型[6],因为该模型可以更好地处理高应变率及流线弯曲程度较大的流动,所以在室内流场模拟和气流组织方面有较高的准确性,并且在壁面附近的黏性层中采用了壁面函数法

[7]

。

212 网格划分

网格生成技术是计算流体动力力学(CFD)的重要组成部分,计算结果的精度在很大程度上依赖于所生成网格的质量

[8]

。本文运用ICEM CFD 1010来完成网格的划分,如图2所示,采用

Delaunay 三角形方法在整个计算流域面生成半

结构化网格,同时在乘员和座椅周围进行网格加密,用以提高边界层的计算精度。

图2 网格划分图

213 边界条件设置

送风口边界定义为质量流量边界,流量大小为01134kg /s,送风方向为垂直入口平面,送风温度为20e ,送风口的湍流耗散率为6%。出风口设为压力出口,相对压强为静压。车体各壁面为混合边界条件。

太阳入射角度示意图,如图3所示。作为极端工况研究,方位角A 均取为90b ,高度角B 则随着照射时刻的变化发生改变。本文模拟8个工况进行对比,各工况运行环境见表1所列。

图3 太阳入射角度示意图

表1 各工况运行环境

工况时刻B /(b )太阳辐射强度/(W #m -2)散射强度/(W #m -2)地面反射强度/(W #m -2)112:008212870612612711998991161212:308514470713692731372991980312:4190.0070713712731394991982413:008319770614452721225991296513:307711170314322681583971118614:007010869811522621524931485714:3063151690127125411658814588

15:00

56178

6791251

2431631

821120

本文模拟的地理位置为我国中部某城市,日期为6月23日,大气透过率为018,轿车行驶速

度为60km /h,外部环境温度为40e ,驾驶员衣

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合肥工业大学学报(自然科学版)第34卷

服热阻为015clo (1clo=01155m 2

#K/W),其中驾驶员的活动量为113m et(1met=58W/m 2)。

3 仿真结果分析与热舒适性评价

由于汽车室内空气速度、温度梯度大,太阳辐射不对称,导致室内热环境非常不均匀,因此本文采用T eq (Equivalent Temperature)作为热舒适性评价指标[9]。

将人体分为16个节段,计算每个节段与周围环境的热交换,利用局部热舒适评价指标T eq 代替全身热舒适评价指标来研究非均匀环境中人体热舒适性的问题。强迫对流条件下人体第i 节段当量温度的计算公式为:

T eq ,i =T s ,i -8

13v 016

air ,i

S i (T s ,i -T a ,i )h cal ,i S i

-E n

R E i

f

i,n

S i (T 4i

-T 4n

)-Q sol

h cal ,i S i

(1)

其中,T eq ,i 为第i 节段的当量温度;T s ,i 为第i 节段的表面温度;v air ,i 为第i 节段周围的空气速度;S i 为第i 节段的表面面积;T a ,i 为第i 节段周围的空气温度;R 为斯蒂芬-波尔兹曼常数(5167@10-8W/m 2#K 4

);E i 为第i 节段的发射率;f i,n 为第i 节段对部件表面的角系数;T i 为第i 节段的温度;T n 为汽车室内部件的温度;Q sol 为人体得到的太阳辐射;h cal ,i 为在标准环境下感受器标定的第i 节段的对流换热系数;i 为人体的节段。对上述8种工况进行求解后处理,通过(1)式计算的当量温度值T eq 来绘制人体热舒适性的温度示意图如图4

所示。

图4 人体热舒适性示意图

图4中带小三角符号的线型是文献[2]给出的舒适范围边界线,其中显示的头部温度比脚部

温度大约要低3e ,满足了头凉脚暖的设计要求。

在工况3中,虽然太阳辐射强度是最大的,但由于太阳辐射方向是竖直向下,对人体表面的作用范围并不大,所以其计算出来的当量温度值并不都是最高,基本在舒适度范围以内。工况7中其上半身的当量温度普遍要比工况3中要高,这是因为该工况下太阳辐射作用在人身体上的范围很广,辐射强度也比较大,尤其是对上半身的影响更甚,所以大多部位的当量温度超出了舒适度范围。

工况3和工况7的舱内表面温度分布和人体表面的太阳辐射强度分布如图5、图6所示。从图5可以看出,工况3在正午时室内温度出现最高值,达到329K ,但最高温主要分布在仪表板表面,而工况7温度虽然略下降,但人体温度分布反而更高。从图6可以看出,工况7下人体上半身所接受的太阳辐射的区域要明显多于正午时的工况3,验证了图4的曲线趋势。因此,有必要在进行空调制冷系统设计时以工况7

的情况为参考。

图5

不同工况下轿车表面温度分布

图6 不同工况下人体表面的太阳辐射强度分布

4 结束语

本文通过数值模拟得出,不同的太阳入射工

况对乘员热舒适性有很大影响。在模拟该车室内

(下转第1159页)

1137

第8期江 涛,等:太阳辐射对乘员热舒适性影响的研究

图6二级倒立摆干扰实验曲线

4结束语

通过LQR控制方法设计的融合函数减少了模糊控制器的输入变量维数,成功解决了/规则爆炸0问题,通过设置阈值使量化因子可自动调节,进而提高模糊控制器的性能品质。仿真和实验结果表明,运用这种模糊控制方法成功地控制了二级倒立摆系统,系统的控制效果比较理想。因此,这种模糊控制方法是可行的,值得进一步研究和推广。

[参考文献]

[1]李洪兴.世界首例倒立摆实物控制系统在我校试验成功

[J].北京师范大学学报:自然科学版,2002,10(2):22-24.[2]殷路,单劲松.n级倒立摆数学模型的建立[J].科技信息,

2008(32):202-203.

[3]Ogata K.现代控制工程[M].卢伯英,于海勋,译.北京:电

子工业出版社,2003:34-220.

[4]曲建岭,吴文海,孙俊恩.三级倒立摆系统模糊控制器设计

及仿真[J].系统仿真学报,2004,16(3):578-581.

[5]曲建岭,王磊,高峰.基于信息融合的多输入模糊控制

器设计方法[J].测控技术,1999,18(7):8-10.

[6]陈江宁,潘笑.基于融合技术的单级倒立摆模糊控制器

[J].微计算机信息,2009,25(1):290-293.

[7]周端,王敏,黄心汉.基于最优权值的二级倒立摆模糊

控制器[J].计算机与数字工程,2007,35(5):171-172, 198.

[8]李士勇.模糊控制、神经控制和智能控制论[M].哈尔滨:

哈尔滨工业大学出版社.1998:120-220.

(责任编辑张镅)

(上接第1137页)

热舒适性时,以太阳辐射为竖直方向照射,人体各部位当量温度大部分都在舒适范围以内,而当太阳辐射是以63151b倾斜照射时,人体各部位当量温度大都超出了舒适范围。在进行空调系统设计时,除了考虑所处的地理位置、车身乘员舱的设计等因素外,还应该考虑多个太阳高度角工况对热舒适性的影响,而不能仅仅以辐射强度最大时的直射工况为依据。

[参考文献]

[1]谷正气.汽车车身现代技术[M].北京:机械工业出版社,

2009:301-302.

[2]于学兵,车艳秋.车门缝隙对车室内热环境影响的数值模拟

[J].机械设计与制造,2010(5):133-135.[3]熊可嘉,王伟,张万平.轿车热环境模拟及风口面积对乘

客舒适性的影响[J].制冷技术,2009,37(1):32-36.

[4]向立平,王汉青.空调客车内气流分布的人体热舒适性研究

[J].中南大学学报:自然科学版,2009,40(5): 1194-1198.

[5]王贤民,王晓梅.轻型客车空调风道改进设计[J].合肥工业

大学学报:自然科学版,2007,30(3):357-360.

[6]谷正气,孟庆超,杨易,等.轿车室内流场的数值模拟研究

[J].系统仿真学报,2008,20(7):1700-1702.

[7]王福军.计算流体动力学分析[M].北京:清华大学出版社,

2004:124.

[8]傅德薰,马延文.计算流体力学[M].北京:高等教育出版

社,2004:196.

[9]王保国,王新泉,刘淑艳,等.安全人机工程学[M].北京:机

械工业出版社,2007:112-124.

(责任编辑闫杏丽)

1159

第8期邢景虎,等:二级倒立摆基于融合函数的模糊控制

太阳辐射对地球的影响

太阳辐射对地球的影响 根据多年来对某地区各朝向建筑墙面上接受太阳辐射热量的实测值，计算出最冷月(一月)和最热月(七月)日辐射总量,并绘出太阳辐射热量日总量变化图，读图判断下列小题。 【小题1】该地区一月和七月建筑墙面上接受太阳辐射热量的日总量小于4186千焦/平米·日的墙面（） A．分别朝北、朝东B．分别朝南、朝西 C．分别朝西、朝南D．均朝北 【小题2】经研究发现该地区一天中日出、日落时墙面接受的太阳辐射热量最小，其原因是（） ①太阳高度角最小②气温最低③经过大气层的路径最长④反射作用最强 A．①②B．①③C．②③D．①④ 【答案】 【小题1】D 【小题2】B 【解析】 试题分析： 【小题1】从图中的等值线可以看出，无论是一月还是七月，该地朝北的建筑墙面上接受到的太阳辐射量都小于4186千焦/平米·日，D正确。 【小题2】日出、日落时，该地墙面接受到的太阳辐射量最小，这是因为此时的太阳位于地平面上，太阳高度小，且太阳辐射穿过的大气层路径长，被大气削弱得也较多，B正确。考点：影响太阳辐射的因素 下图是M、N两地太阳辐射的年变化示意图，回答4～6题。

4．M地最可能位于() A．赤道B．回归线C．极圈D．极点 5．N地五月一日时昼夜状况是() A．昼长夜短B．昼短夜长C．极昼D．极夜 6．5～7月间，N地获得的太阳辐射较M地为多，最主要影响因素是() A．太阳高度角B．昼夜长短C．天气状况D．地面状况 【小题1】A【小题2】C【小题3】B 解析: 【小题1】影响太阳辐射的年变化的最主要因素是太阳高度角。M地一年之中太阳辐射变化不大，且分别于3月和9月达到一年中最高值，而6月和12月最低，因此M地最可能位于赤道。 【小题2】由上题可推断图中四条虚线对应二分二至点，N地夏至时达到最高值，而春分和秋分后没有太阳辐射说明出现极夜，由此可判断该地位于北极圈，因此五月一日时出现极昼现象。 【小题3】由上两题的分析可以看出，N地纬度高于M地，但5～7月间太阳直射北半球，越往北昼越长，因此此段时间N地获得的太阳辐射较M地为多。 下图是某区域太阳辐射总量等值线（单位：百万焦耳/平米·年）图。据此回答以下2题。20．①、②两地太阳年辐射总量的最大差值R可能是 A．2900

太阳辐射试验

第六章太阳辐射试验 6. 1 目的和意义 太阳光是以电磁波的形式辐射和传送到地球表面的。地球表面接受到的太阳辐射能量与所处的地理纬度、海拔高度以及时间变化（如年、季节、月、日）有关。 表征太阳辐射强弱的物理量是太阳辐射强度，所谓太阳辐射强度，即垂直于阳光单位黑体表面，在单位时间内吸收的辐射量。在国际上，太阳辐射强度的单位采用瓦/米2（即w/m2）。太阳辐射强度的单位可以是尔格/厘米2 . 分（即e rg/cm2 . min）。在气象和环境试验领域中，常采用卡/厘米 . 分（即Cal/cm2 . min）。 在地球大气的上界，直接太阳辐射强度称为太阳常数。太阳常数的平均值用So表示。由于测量方法、测量仪器不统一，世界各地测得的太阳常数也不一致。 1956年在一次国际会议上规定，全世界一律采用1.90Cal/cm2 . min( 即1331w/m2)的太阳常数。假如大气是绝对透明的介质，那么在地球表面测得的太阳辐射强度应是1.90Cal/cm2 . min 。事实上，大气并非是绝对透明的介质，所以地球表面测得的太阳辐射强度远小于这个值。 由于地球轨道是椭圆形的，太阳常数和日地距离的平方成反比。因此，在近日点，太阳常数大于远日点的7%左右。 综上所述，在环境试验领域，太阳辐射强度采用1 .6Cal/cm22 . min( 即1121w/m2)。现有的资料表明：辐射强度大于0 .7Cal/cm2 . min( 即490w/m2)时，可以引起热效应（由红光和红外线引起的）和光老化效应（由紫外线引起的）。 太阳辐射强度的测量一般采用绝对日射表和相对日射表。绝对日射表是通过观测可以直接读取以Cal/cm2 . min为单位的太阳辐射强度的仪表。相对日射表是通过观测得到电压、电流和其它参数值，然后用一定的换算系数通过计算，可以得到相应的以Cal/cm2 . min为单位的太阳辐射强度的仪表。在使用相对日射表时，必须通过直接或间接的绝对日射表比较、标定后，才能获得所要测量的值。 太阳辐射对电子电工产品有两种有害的作用，即太阳辐射的热效应和太阳辐射的光化学效应。 太阳辐射的热效应可以引起电子电工产品的热老化、氧化、裂痕、化学反应、软化、融解、升华、粘性降低、蒸发和膨胀等。太阳辐射引起的温度或局部过热，会导致产品的膨胀或润滑性能降低，机械失灵，机械应力增大以及活动部件之间的磨损加剧等。 太阳辐射的光化学效应将会导致涂料、油漆、塑料、千维和橡胶等的变形、褪色、失去光泽、粉化和开裂等损坏。 太阳辐射试验的目的是为了确定地面上或较低大气层中使用或储存的电子电工产品受太阳辐射所引起的热效应、光化学效应以及对产品的机械性能和电性能的影响。 太阳辐射的热效应不能用高温试验来评价，因为太阳辐射是在产品内产生温度剃度，而高温试验是产生恒定高温，它们的作用机理不同所得的试验结果也不一样。 6 . 1 太阳辐射试验的方法 世界上各工业发达的国家自40~50代起以开始重视太阳辐射对产品影响的研究，并且采用碳弧灯开展一些简单的模拟性试验，真正制订国际性的太阳辐射试验方法和标准是70年代的事情。现行的标准有下面几种：IEC68—2—5试验Sa，“模拟地面上的太阳辐射）。相对应的国标是GB3423 . 24—81试验Sa，“模拟地面上的太阳辐射”。IEC68—2—9，“太阳辐

太阳辐射的特性

太阳辐射的特性 昼夜是由于地球自转而产生的，而季节是由于地球的自转轴与地球围绕太阳公转的轨道的转轴呈23°27′的夹角而产生的。地球每天绕着通过它本身南极和北极的“地轴” 自西向东自转一周。每转一周为一昼夜，所以地球每小时自转15°。地球除自转外还循偏心率很小的椭圆轨道每年绕太阳运行一周。地球自转轴与公转轨道面的法线始终成23．5°。地球公转时自转轴的方向不变，总是指向地球的北极。因此地球处于运行轨道的不同位置时，太阳光投射到地球上的方向也就不同，于是形成了地球上的四季变化（见下图）。每天中午时分，太阳的高度总是最高。在热带低纬度地区（即在赤道南北纬度23°27′之间的地区），一年中太阳有两次垂直入射，在较高纬度地区，太阳总是靠近赤道方向。在北极和南极地区（在南北半球大于90°~23°27′），冬季太阳低于地平线的时间长，而夏季则高于地平线的时间 长。 由于地球以椭圆形轨道绕太阳运行，因此太阳与地球之间的距离不是一个常数，而且一年里每天的日地距离也不一样。众所周知，某一点的辐射强度与距辐射源的距离的平方成反比，这意味着地球大气上方的太阳辐射强度会随日地间距离不同而异。然而，由于日地间距离太大（平均距离为1.5 x 108km），所以地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。因此人们就采用所谓“太阳常数”来描述地球大气层上方的太阳辐射强度。它是指平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。近年来通过各种先进手段测得的太阳常数的标准值为1353w／m2。一年中由于日地距离的变化所引起太阳辐射强度的变化不超过上3.4％。 2.2 到达地面的太阳辐射 太阳照射到地平面上的辐射或称“日射”由两部分组成——直达日射和漫射日射。太阳辐射穿过大气层而到达地面时，由于大气中空气分子、水蒸气和尘埃等对太阳辐射的吸收、反射和散射，不仅使辐射强度减弱，还会改变辐射的方向和辐射的光谱分布。因此实际到达地面的太阳辐射通常是由直射和漫射两部分组成。直射是指直接来自太阳其辐射方向不发生改变的辐射；漫射则是被大气反射和散射后方向发生了改变的太阳辐射，它由三部分组成：太阳周围的散射（太阳表面周围的天空亮光），地平圈散射（地平圈周围的天空亮光或暗光），及其他的天空散射辐射。另外，非水平面也接收来自地面的反射辐射。直达日射、漫射日射和反射日射的总和即为总日射或环球日射。可以依靠透镜或反射器来聚焦直达日射。如果聚光率很高，就可获得高能量密度，但却损耗了漫射日射。如果聚光率较低，也可以对部分太阳周围的漫射日射进行聚光。漫射日射的变化范围很大，当天空晴朗无云时，漫射日射为总日射的10％。但当天空乌云密布见不到太阳时，总日射则等于漫射日射。因此聚式收集器采集的能量通常要比非聚式收集器采集的能量少得多。反射日射一般都很弱，但当地面有冰雪覆盖时，垂直面上的反射日射可达总日射的40％。 到达地面的太阳辐射主要受大气层厚度的影响。大气层越厚，对太阳辐射的吸收、反射和散射就越严重，到达地面的太阳辐射就越少。此外大气的状况和大气的质量对到达地面的太阳辐射也有影响。显然太阳辐射穿过大气层的路径长短与太阳辐射的方向有关。参看下图，A为地球海平面上的一点，当太阳在天顶位置S时，太阳辐射穿过大气层到达A点的路径为OA。城阳位于S点时，其穿过大气层到达A 点的路径则为0A。 O，A与 OA之比就称之为“大气质量”。它表示太阳辐射穿过地球大气的路径与太阳在天顶方向垂直入射时的路径之比，通常以符号m表示，并设定标准大气压和O℃时海平面上太阳垂

太阳辐射

太阳辐射 一、太阳辐射光谱和太阳常数 太阳辐射光谱 太阳辐射中辐射能按波长的分布，称为太阳辐射光谱，见图2.4。从图中可看出，大气上界太阳光谱能量分布曲线，与用普朗克黑体辐射公式计算出的6000K的黑体光谱能量分布曲线非常相似。因此可以把太阳辐射看作黑体辐射。太阳是一个炽热的气体球，其表面温度约为6000K，内部温度更高。根据维恩位移定律可以计算出太阳辐射峰值的波长λmax为0.475μm，这个波长在可见光的青光部分。太阳辐射主要集中在可见光部分（0.4～0.76μm），波长大于可见光的红外线（＞0.76μm）和小于可见光的紫外线（＜0.4μm）的部分少。在全部辐射能中，波长在0.15～4μm之间的占99%以上，且主要分布在可见光区和红外区，前者占太阳辐射总能量的约50%，后者占约43%，紫外区的太阳辐射能很少，只占总量的约7%。 太阳常数 太阳辐射通过星际空间到达地球表面。当日地距离为平均值，在被照亮的半个地球的大气上界，垂直于太阳光线，每秒每平方米的面积上，获得的太阳辐射能量称为太阳常数，用Rsc (Solar constant)

表示，单位为（W/m2）。太阳常数是一个非常重要的常数，一切有关研究太阳辐射的问题，都要以它为参数。关于太阳常数的研究已有很长历史了，早在20世纪初，人们就已经通过各种观测手段估计它的取值，认为大约应在1350～1400W/m2之间。太阳常数虽然经多年观测，由于观测设备、技术以及理论校正方法的不同，其数值常不一致。据研究，太阳常数的变化具有周期性，这可能与太阳黑子的活动周期有关。在太阳黑子最多的年份，紫外线部分某些波长的辐射强度可为太阳黑子最少年份的20倍。近年来，气候学家指出，只要地球的长期气候发生1%的变化，就会引起太阳常数的变化。目前已有许多无人或有人操作的空间实验对太阳辐射进行直接观测，并在宇宙空间实验站设计了名为“地球辐射平衡”的课题，其中一个重要项目就是对太阳辐射进行长期监视。这些观测数据将对进一步了解大气物理过程及全球气候变迁的原因有很大帮助。1981年世界气象组织推荐的太阳常数值Rsc=1367±7（W/m2），通常采用1367W/m2。 二、太阳辐射在大气中的衰减 太阳辐射通过大气层后到达地球表面。由于大气对太阳辐射有一定的吸收、散射和反射作用，使投射到大气上界的辐射不能完全到达地表面。图2.4最下面的实曲线表示太阳辐射通过大气层被吸收、散射、反射后到达地表的太阳辐射光谱。

辐射热计效应的应用

辐射热计效应的应用 辐射热计是热能辐射转移过程的量化检测仪器，是用于测量辐射热过程中热辐射迁移量的大小，评价热辐射性能的重要工具。也就是说，热辐射计是测量热辐射能量传递大小和方向的仪器。 辐射热计是一种物体测量辐射热能的传感器，简明原理是热辐射传感器吸收光的辐射，使其温度升高，然后改变自身电阻的大小。 辐射热计的特点是该仪器具有很高的灵敏性。相对于其他辐射探测器（如：光电管、光电二极管）的来说，辐射热计具有较高的带宽，以及对较弱或者未知的射线的探测（比如：远红外射线和太赫射线）等。 大概来说，辐射热计应用于辐射加热源的测试，阳光辐射强度和太阳能设备的测试，火灾的发生和防护测试，火药、炸药、推进剂的热强度测试和热分布测试，各种燃烧室的热强度和热分布测试，人工环境的热舒适度和人工干预控制，高温风洞实验等等。 因为辐射热传感器辐射热计的一次敏感元件，因此热辐射传感器的发展进程决定了热辐射计的发展进程。 利用辐射热计效应也可以制成辐射热温度计，简单来说，测辐射计实际上就是一种利用热辐射来测量

物体温度的“温度计”。因为温度高于绝对零度的物体都要发射出热辐射电磁波。 常用的有两种辐射热计。一是黑球温度计：利用黑体吸收辐射热量最强的原理，用一个深黑色的空心铜球和一支插在铜球中心的温度计构成。测定时悬挂在测点，大约15分钟后可读出稳定读数。 另一种应用便是热电偶单向辐射热计：可测定来自一个方向的辐射热强度，仪器背面有棋盘形黑白相间铝箱制成的辐射热接收体，其后固定有240对康铜热电偶，仪器正面为电流表。 除此之外，辐射热计还有许多类型和延伸，例如：微测辐射热计，室温微测辐射热计，非制冷微测辐射热计，双层红外微测辐射热计，恒压偏置条件下的微测辐射热计、二氧化钒微测辐射热计，基于非晶硅薄膜的微测辐射热计。 其中，非制冷微测辐射热计阵列系统基于MEMS 技术而得到了迅猛的发展，较之于原始的制冷型红外微测辐射热计，非制冷型探测器在携带性、制造和维护成本等方面存在巨大优势。

(完整版)影响太阳辐射强弱的因素分析分析

影响太阳辐射强弱的因素分析 JGSLJZ 【知识归纳】 太阳辐射强度是指到达地面的太阳辐射的强弱。大气对太阳辐射的吸收、反射、散射作用，大大削弱了到达地面的太阳辐射。但尚有诸多因素影响太阳辐射的强弱，使到达不同地区的太阳辐射的多少不同。影响太阳辐射强弱的因素主要有以下四个因素。 1．纬度位置 纬度低则正午太阳高度角大，太阳辐射经过大气的路程短，被大气削弱得少，到达地面的太阳辐射就多；反之，则少。这是太阳辐射从低纬向高纬递减的主要原因。 2．天气状况 晴朗的天气，由于云层少且薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，到达地面的太阳辐射就强；阴雨的天气，由于云层厚且多，大气对太阳辐射的削弱作用强，到达地面的太阳辐射就弱。如赤道地区被赤道低压带控制，多对流雨，而副热带地区被副高控制，多晴朗天气，所以赤道地区的太阳辐射要弱于副热带地区。 3．海拔高低 海拔高，空气稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，到达地面的太阳辐射就强；反之，则弱。如青藏高原成为我国太阳辐射最强的地区，主要就是这个原因。如青藏高原成为我国太阳辐射最强的地区，主要就是这个原因。 4．日照长短 日照时间长，获得太阳辐射强；日照时间短，获得太阳辐射弱。如我国夏季南北普遍高温，温差不大，是因为纬度越高的地区，白昼时间长，弥补了因太阳高度角低损失的能量。 【典例精析】 1.读“太阳辐射光谱示意图”，下列因素中与A区（大气上界太阳辐射与地球表面太阳辐射差值）多少无关的是（） A．云层的厚薄B．大气污染程度C．大气密度D．气温 【解析】云层的厚薄、大气污染程度以及大气密度都会影响大气透明度进而影响到达地面的太阳辐射的多少。 【答案】D 2.辐射差额是指在某一段时间内物体能量收支的差值。读“不同纬度辐射差额的变化示意图”，若只考虑纬度因素，则a、b、c三地纬度由高到低的排列顺序为（）

太阳辐射能_教案

太阳辐射能 【教学目标】 一、知识目标 1．知道太阳以辐射形式不断释放能量。 2．知道阳光给地球带来的光和热是太阳辐射能的主要形式，阳光是地球上所有生物的主要能量来源。 二、过程与方法目标 1．通过模拟实验了解到地球表面的太阳光辐射几乎是平行的。 2．通过探究黑色表面的物体比白色表面的物体能吸收更多的太阳辐射能活动培养动手动脑能力。 三、情感态度价值观目标 1．通过模拟实验，探究实验培养科学学习的兴趣。 2．认识太阳，了解太阳，知道太阳给人类提供的光和热是一切能量的来源，增强对大自然的热爱和感恩之情。 【教学重难点】 重点： 1．太阳是一个巨大能源，阳光给地球带来的光辐射和热辐射是太阳辐射能的主要形式。 2．黑色表面的物体比白色表面的物体能吸收更多的太阳辐射能。 难点： 1．理解照射到地球表面的太阳光辐射几乎是平行的。 【教学过程】 活动1： 导入：故事导入。 以动画方式引入“后羿射日”故事，提问：“后羿能不能将第十个太阳也射下来？” 学生回答：“如果没有太阳，我们的世界将会变成黑暗，荒漠寒冷，无生命”。 活动2： 讲授：回顾旧知。 1．我们学过有关太阳的知识，回忆一下，太阳是一个怎么样星球？（是一个发光发热的

气体星球） 2．太阳给了我们光和热，他是否都给了地球？（只有22亿分之一） 活动3： 讲授：太阳是一个巨大的能源。 1．太阳是一个巨大的不断燃烧的气体球，他以辐射形式不断地向周围空间释放能量，这种能量叫做辐射能。太阳就是辐射源。 2．辐射能的主要形式：光辐射和热辐射。 问题： ①那其他的恒星是不是辐射源？（是，因为恒星可以自行发光）。 ②为什么我们感觉不到他的光和热？（因为他们离地球十分遥远，所以地球观察到的恒星只是一个发光点，有的恒星单位时间发出的辐射能比太阳多）。 活动4： 地球获得的太阳辐射几乎是平行的。 模拟实验： 篮球比作太阳，乒乓球比作地球，用细线代替光线； 当两球之间的距离逐渐增大，两线的夹角越来越小； 推测：当两球距离足够远时，光线会出现什么现象？ 结论：当两球距离足够远时，两线趋于平行。投射到地球的太阳辐射是平行的。 原因： ①地球离太阳很远； ②地球远比太阳小。 举例： 如以1cm长为半径作一个圆表示地球，若以这样的比例画出日地间的距离，则该段距离约为235m。可以想象，在这一距离的另一端是不到五角硬币那样大的地球，从垂直于太阳表面发出的光，经过很大的距离，到达地球表面的光束，应该可以认为平行光。 活动5： 点光源。 用取暖器作为点光源，用大小不同的泡沫作为被照面，打开取暖器观察泡沫变黑的快慢，得出结论：点光源发出的光辐射到达被照面单位面积上的光辐射量是随距离增大而迅速减小的。 活动6：

第六章 热辐射分析

第六章 热辐射分析 6.1热辐射的定义 热辐射是一种通过电磁波传递热能的方式。电磁波以光的速度进行传递，而能量传递与辐射物体之间的介质无关。热辐射只在电磁波的频谱中占小部分的带宽。由于辐射产生的热流与物体表面的绝对温度的四次方成正比，因此热辐射有限元分析是高度非线性的。物体表面的辐射遵循Stefan-Boltzmann定律： 式中：—物体表面的绝对温度； —Stefan-Boltzmann常数，英制为0.119×10-10 BTU/hr-in-R，公制为 5.67×10-8 6.2基本概念 下面是对辐射分析中用到的一些术语的定义： 黑体 黑体被定义为在任意温度下，吸收并发射最大的辐射能的物体； 通常的物体为“灰体”，即ε< 1； 在某些情况下，辐射率（黑度）随温度变化； 辐射率（黑度） 物体表面的辐射率（黑度）定义为物体表面辐射的热量与黑体在同一表面辐射热量之比。 式中：－辐射率（黑度） －物体表面辐射热量 －黑体在同一表面辐射热量 形状系数 形状系数用于计算两个面之间的辐射热交换，在ANSYS中，可以用隐藏/非隐藏的方法计算2维和三维问题，或者用半立方的方法来计算3维问题。 表面I与表面J之间的形状系数为： 形状系数是关于表面面积、面的取向及面间距离的函数； 由于能量守恒，所以：

根据相互原理： 由辐射矩阵计算的形状系数为： 式中：－单元法向与单元I,J连线的角度 －单元I,J重心的距离 有限单元模型的表面被处理为单元面积dA I 及dA J ，然后进行数字积分。 辐射对 在辐射问题中，辐射对由一些相互之间存在辐射的面组成，可以是开放的或是闭合的。在ANSYS中，可以定义多个辐射对，它们相互之间也可以存在辐射ANSYS使用辐射对来计算一个辐射对中各面间的形状系数；每一个开放的辐射对都可以定义自己的环境温度，或是向周围环境辐射的空间节点。 Radiosity 求解器 当所有面上的温度已知时，Radiosity 求解器方法通过计算每一个面上的辐射热流来得到辐射体之间的热交换。而面上的热流为接下来的热传导分析提供了有限元模型的边界条件。重复上面的过程，就会由于新的时间步或者新的迭代循环会得到新的热流边界条件，从而计算出新的温度分布。在计算中使用的每个表面的温度必须是均匀的，这样才能满足辐射模型的条件。 6.3分析热辐射问题 针对不同的情况ANSYS为热辐射分析提供了四种方法。 热辐射线单元（LINK31），模拟两节点间（或多对节点）间辐射； 表面效应单元（SURF151及SURF152），模拟点对面（线）的辐射； 利用AUX12生成辐射矩阵，模拟更一般的面与面（或线与线）的辐射(只有ANSYS/Multiphysics ANSYS/Mechanical和ANSYS/Professional这些产品提供辐射矩阵生成器)； Radiosity求解器方法，求解二维、三维面与面之间的热辐射，该方法对所有含温度自由度的 二维和三维单元都适用。(只有ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical 和ANSYS/Professio- nal这些产品提供Radiosity求解器)

太阳对地球的影响大纲阐述太阳辐射和太阳活动对地球的影响

[大纲] 阐述太阳辐射和太阳活动对地球的影响 1、太阳能量的来源： ◇来源：太阳内部的核聚变反应；反应式：4H --高温高压--> He+能量 ◇太阳概况：巨大炽热的气体球、主要成分：氢、氦，表面温度6000K 2、太阳辐射对地球的影响： ◇太阳辐射能：太阳源源不断地以电磁波的形式向宇宙空间放射能量，就是太阳辐射。太阳辐射是电磁波，根据波长不同，太阳辐射可划分为：紫外线、可见光、红外线三部分。能量可以通过不同转换方式，转化为电能、热能等。 ◇太阳辐射对地球的影响： 1、向地球输送能量，维持地表温度：[占太阳辐射量的1/22亿、万物生长靠太阳、作用大] 2、促进地球环境的形成和变化：[大气圈风的动力、生物圈呼吸作用、水圈水循环、岩石圈风化] 3、太阳辐射能是人类生活、生产的能源：[煤炭石油天然气生物能水能风能沼气，归根到底是太阳能] 3、太阳[大气]活动对地球的影响： ◇太阳[大气]活动概念：太阳表面大气的变化 ◇主要类型：黑子（太阳活动强弱的标志），耀斑（太阳活动最激烈的显示）；平均周期：都是11年 ◇太阳的大气层的结构：光球(肉眼，地球上接收的光基本来自这里，黑子)、色球(日全食时、望远镜可以看到，耀斑)、日冕(日冕仪，太阳风) ◇太阳活动对地球影响： 1、对地球气候的影响：影响到气候中的降水因子[降水以11年或11年的倍数为周期减少或增加] 2、对地球磁场的影响：太阳大气抛出的高能带电粒子会扰乱地球磁场、“磁暴”现象、指南针、极光 ·太阳活动强烈时，光8分钟到达地球[紫外线增强等，但夜半球不受影响]，但带电的粒子几天后才到 达[粒子影响不分昼夜，但看到极光的出现必需在高纬度的夜晚] 3、对地球电离层的影响：干扰电离层，影响无线电通讯[电离层能够反射无线电] [拓展] ■太阳辐射强度及其影响因素： 1、纬度：纬度越低，一般正午太阳高度越大，太阳辐射能越大。 2、地形：海拔越高，空气越稀薄，对太阳辐射的削弱越弱，如青藏高原是我国太阳辐射能最大的地区。 3、气候：降水多，云量大，削弱强，太阳辐射能少。如贵州和四川盆地[蜀犬吠日、多雾]多阴雨天气，是我 国获得太阳辐射能量较少的地区；撒哈拉地区气候干旱，获得的太阳辐射能量世界最多。 4、昼长：白昼时间越长，获得太阳辐射时越多。 ■中国年太阳辐射总量分布及原因： 1、我国太阳能资源高值的中心在青藏高原，低值的中心在四川盆地。 2、分布规律：西部非季风区多于东部季风区，地势高的地区多于地势低的地区。 3、青藏高原最多：地势高峻、气候干旱、大陆性强，晴天多，雨天少。 四川盆地最少：盆地地形，雾日多，大气能见度低。 ■光照与温度的关系 1、太阳辐射是通过电磁波的形式向外界传送能量；热量是在热传递过程中出现的 2、一个地方温度高不高，要看当地对太阳辐射能转换的能力强不强[如大气密度的大小] 3、光照少的地方，温度一定低，太阳辐射能少，谈不上更多地转换。如：两极

太阳对地球的影响知识点总结

考点名称：太阳辐射对地球的影响 ?太阳辐射： 太阳以电磁波的形式向宇宙空间放射的能量。 太阳辐射的能量来源： 太阳中心的核聚变反应（4个氢原子核聚变成氦原子核，并放出大量能量） ?太阳辐射的特点： 太阳辐射是短波辐射，能量主要集中在波长较短的可见光部分。 太阳辐射的意义： 维持地表温度，地球上大气运动、水循环和生命活动等运动的主要动力，人类产和生活的主要能源。 （1）来自太阳辐射的能源：煤、石油、天然气、水能等和风能、太阳能等常规能源。 水能：是势位较高的水释放其势能转化成的动能。水分子向高处蒸发上升，来源于太阳给予的能量。 风能：是地表大气受热不均产生的运动，其能量直接来于太阳辐射。 煤、石油：是地质历史时期，地球生物体内固定的太阳能。 太阳能：核聚变反应。 （2）太阳常数：日地平均距离条件下，在地球大气上界，垂直于太阳光线的1平方厘米面

积上，1分钟内接受到太阳辐射能量。春分、秋分时测太阳常数最佳。 （3）我国年太阳能的地区分布及影响因素 ①太阳能最丰富地区：青藏高原。原因：海拔高，空气稀薄，空气中水气少，尘埃少，透明度好，太阳辐射强，日照时间长。 ②太阳能贫乏地区：四川盆地、云贵高原等。原因：阴雨天多，云雾大，较多地削弱了太阳辐射。 太阳辐射对地球的影响： ①太阳直接为地球提供了光、热资源，地球上生物的的生长发育离不开太阳。 ②太阳辐射能维持着地表温度，是促进地球J-水、大气运动和生物活动的主要动力。 ③作为工业主要能源的煤、石油等矿物燃料，是地质历史时期生物固定、积累下来的太阳能。 ④太阳辐射能是我们日常生活和生产所用的能源，是太阳灶、太阳能热水器、太阳能电站的能量来源。 ? ?太阳年辐射总量的影响因素及空间分布： 1.影响太阳辐射分布的因素:

太阳辐射.

太阳辐射.

太阳辐射 一、太阳辐射光谱和太阳常数 太阳辐射光谱 太阳辐射中辐射能按波长的分布，称为太阳辐射光谱，见图2.4。从图中可看出，大气上界太阳光谱能量分布曲线，与用普朗克黑体辐射公式计算出的6000K的黑体光谱能量分布曲线非常相似。因此可以把太阳辐射看作黑体辐射。太阳是一个炽热的气体球，其表面温度约为6000K，内部温度更高。根据维恩位移定律可以计算出太阳辐射峰值的波长λmax为0.475μm，这个波长在可见光的青光部分。太阳辐射主要集中在可见光部分（0.4～0.76μm），波长大于可见光的红外线（＞0.76μm）和小于可见光的紫外线（＜0.4μm）的部分少。在全部辐射能中，波长在0.15～4μm之间的占99%以上，且主要分布在可见光区和红外区，前者占太阳辐射总能量的约50%，后者占约43%，紫外区的太阳辐射能很少，只占总量的约7%。

太阳常数 太阳辐射通过星际空间到达地球表面。当日地距离为平均值，在被照亮的半个地球的大气上界，垂直于太阳光线，每秒每平方米的面积上，获得的太阳辐射能量称为太阳常数，用Rsc (Solar constant)表示，单位为（W/m2）。太阳常数是一个非常重要的常数，一切有关研究太阳辐射的问题，都要以它为参数。关于太阳常数的研究已有很长历史了，早在20世纪初，人们就已经通过各种观测手段估计它的取值，认为大约应在1350～1400W/m2之间。太阳常数虽然经多年观测，由于观测设备、技术以及理论校正方法的不同，其数值常不一致。据研究，太阳常数的变化具有周期性，这可能与太阳黑子的活动周期有关。在太阳黑子最多的年份，紫外线部分某些波长的辐射强度可为太阳黑子最少年份的20倍。近年来，气候学家指出，只要地球的长期气候发生1%的变化，就会引起太阳常数的变化。目前已有许多无人或有人操作的空间实验对太阳辐射进行直接观测，并在宇宙空间实验站设计

(重点阅读)气动热辐射的直接蒙特卡洛法模拟

国内图书分类号：TK123 国际图书分类号：621.18 工学硕士学位论文 气动热辐射的直接蒙特卡洛法模拟 硕 士 研究生：付元钢 导 师：董士奎 副教授 申请学位级别：工学硕士 学 科、专 业：工程热物理 所 在 单 位：能源科学与工程学院 答 辩 日 期：2007年7月 授予学位单位：哈尔滨工业大学

Classified Index:TK123 U.D.C: 621.18 Dissertation for the Master’s Degree in Engineering SIMULATION OF AIR FLOW AND THERMAL RADIATION USING DIRECT SIMULATION OF MONTE CARLO METHOD Candidate: Supervisor: Academic Degree Applied for: Speciality: Affiliation: Date of Oral Examination: University: Fu Yuangang Associate Prof. Dong Shikui Master of Engineering Thermal Physics Engineering School of Energy Science and Engineering July,2007 Harbin Institute of technology

摘要 摘 要 直接模拟蒙特卡洛法(DSMC)是近年来迅速发展起来的一种有效的计算稀薄气体非平衡流的工程计算方法。它以分子动力论为基础，从分子微观角度出发来模拟Boltzmann方程所描述的物理过程，有效的解决了包含有热化学非平衡反应及热辐射等物理化学过程在内的稀薄气体流动的问题，在稀薄气体动力学学科中获得了广泛的应用。 本文采用可变硬球（VHS）模型，Larsen-Borgnakke非弹性碰撞能量交换模型模拟了圆柱绕流，获得了流场的温度、密度、压强等物理量的分布情况；重点考察了一维激波结构，获得了不同马赫数下的激波位置、厚度；采用Bird的TCE化学反应模型，模拟了楔形绕流流场，再现了“真实气体”效应。通过计算不同楔角下的流场分布情况，重点分析并讨论了压力系数、热流系数的变化情况。在此基础上，本文以原子分子辐射理论为基础计算得到了流场内的辐射吸收、发射系数，研究结果为进一步求解高温非平衡气动热辐射耦合问题打下了基础。 在上面论述的基础上，本文构造了含有非平衡反应的稀薄气体流动的DSMC模拟的流程图，并且对其中重要过程进行了详细的阐述。 关键词：直接模拟蒙特卡洛，高超音速流，化学非平衡，热辐射，吸收系数 -Ⅰ-

气动光学

气动光学 气动光学介绍 飞行器在大气层中高速飞行时，由于其光学头罩与自由来流之间产生真实气体效应、激波诱导边界层分离、无粘流与边界层的相互干扰等，从而产生因气流密度变化、温度变化、组成成分变化及气体分子电离等引起的复杂流场，这对红外成像探测系统造成热、热辐射和图像传输干扰，引起目标偏移、抖动、模糊，这种效应称为气动光学效应(Aero-Optical Effect)，如图1所示。 显然气动光学效应的存在这给红外成像末制导带来不利影响，使导引头对目标的探测、跟踪与识别能力有所降低，进而影响末制导精度。由于流场密度变化，改变了在其中传播的光线的原来路径，产生偏折和相位变化，致使成像平面上造成图像的偏移，模糊，抖动以及能量损失。反过来，用空气动力学流场控制技术改变流场密度分布以及使用自适应光学校正技术对成像进行校正，可以减少像差，提高光学成像质量，问题的正反两方面形成了气动光学的基础。 气动光学现象中，根据光线发射光路和接受光路的方向不同，分为主动系统

和被动系统两种形式。例如机载寻的器是被动光学系统，也成为成像系统，而激光武器是主动光学系统，也成为投射系统。其目的都是自动跟踪目标，最终找到或者击中目标。 气动光学是研究高速绕流对弹载成像探测或大气湍流对光学图像影响及校正的一门学科。根据绕流速度的不同 , 气动光学的研究对象、研究内容和研究方法也不同。当绕流为低速的大气湍流时 , 其对目标光学图像的影响可视为传统的“大气光学”的范畴 , 并采用自适应光学原理和方法进行校正 , 该方法在工程应用上已日趋成熟 , 但目前还难以适应高速飞行器弹载气动光学效应校正的需要 , 因此大气湍流对光学图像影响及其校正不是气动光学的研究重点。当绕流速度为超高速、并且高到飞行器前缘激波后边的高温将加热飞行器表面的湍流边界层 , 激发气体分子的振动 ,带来分子的共振效应 , 同时引起气体分子的化学反应甚至电离 , 成为等离子体。这种流体中光学传输发生质的变化并变得极其复杂 , 所涉及的学科将增加化学动力学、高温物理学、分子物理学等多学科领域 , 对它的研究需要创新思维 , 开辟新的研究途径 , 甚至形成另一支新学科，因此它也不是气动光学的研究重点。 气动光学的研究重点是绕流速度可以达到高超声速 , 但湍流边界层的气体是连续介质 , 在边界层内不存在气体电离和分子共振等现象。此时可以运用光学和流体力学理论研究气动光学效应产生机理，运用光电技术、信号处理技术和流体力学理论等研究气动光学校正方法。 气动光学研究内容包括气动光学效应机理研究、气动光学校正方法研究、气动光学效应与校正验证试验研究和高速飞行器光学头罩技术研究等 4 个方面。研究分为气动光学原理、气动光学工程和气动光学应用 3 个层次。 气动光学原理是气动光学开展研究的基础, 主要研究高速流场光学传输效应、高速流场热辐射效应和光学头罩气动热效应的形成机理; 研究各种基本不同原理的气动光学校正方法及其试验验证方法, 揭示气动光学的基本规律, 为气动光学工程和应用研究提供基本理论依据, 并牵引气动光学技术的发展。 气动光学工程主要研究气动光学效应工程描述与校正方法的数学建模与仿真、光学头罩设计方法, 开展气动光学校正原理系统研制和光学头罩样机研制,建立气动光学校正方法有效性和光学头罩的性能评估手段, 开展评估试验, 为

《太阳对地球的影响》同步练习2

《太阳对地球的影响》同步练习 ［基础过关］ 读“太阳辐射中各种波长的光所占的比例图”，完成1?3题。 1.太阳辐射分为三部分，其中A、B、C分别代表 () A.红外区、紫外区、可见光区 B.紫外区、可见光区、红外区 C.红外区、可见光区、紫外区 D.可见光区、紫外区、红外区 2.下列关于太阳辐射及其对地球影响的说法，正确的是 () A.太阳活动时产生的电磁波叫太阳辐射 B.到达地球大气上界的太阳辐射量全年从低纬向高纬递减 C.目前人类生产和生活所使用的能源主要来自太阳辐射能 D.太阳辐射能是地球上地震、火山喷发的主要能量来源 3.地球不同纬度地区获得热量不同的最主要原因是

() C. 降水多少的不同 D .太阳辐射的纬 度差异 读“太阳及其大气结构示意图”，回答4?5题。 () A. 光球层、色球层、日冕层 B. 色球层、日冕层、光球层 C. 光球层、日冕层、色球层 D. 色球层、光球层、日冕层 5. 太阳黑子和耀斑 () A. 都发生在①层 B. 分别发生在①层和②层 C. 都发生在②层 D. 分别发生在②层和③层 美国国家科学院公告说在2012年的某一天，美国南部的一些城市, 在五彩斑斓的极光之后，电网会变得闪烁不定，灯光在瞬时明亮后将 会有停电一分半的灾难，而这场灾难 A. 距海远近的不同 B. 地表反射率的不同 ②、③的名称分别是

仅仅源于太阳打了一个强烈的 “喷嚏”。据此回答6?7题。 6.材料所述太阳打的强烈“喷嚏”可能是 () A.太阳耀斑爆发 B.太阳爆炸 C.太阳辐射减弱 D.太阳辐射增强 7.该“喷嚏”还可能产生的影响不包扌舌 () A.短波通信中断 B.信鸽丢失 C.指南针失灵 D.全球变暖 8.下表是1967?1997年太阳黑子的平均数量，读表回答下列各题。

太阳得热系数算法

GB50189-2015 2．0．4 太阳得热系数(SHGC) solar heat gain coefficient 通过透光围护结构(门窗或透光幕墙)的太阳辐射室内得热量与投射到透光围护结构(门窗或透光幕墙)外表面上的太阳辐射量的比值。太阳辐射室内得热量包括太阳辐射通过辐射透射的得热量和太阳辐射被构件吸收再传入室内的得热量两部分。 通过透光围护结构(门窗或透光幕墙)成为室内得热量的太阳辐射部分是影响建筑能耗的重要因素。目前ASHARE90．1等标准均以太阳得热系数(SHGC)作为衡量透光围护结构性能的参数。主流建筑能耗模拟软件中也以太阳得热系数(SHGC)作为衡量外窗的热工性能的参数。为便于工程设计人员使用并与国际接轨，本次标准修订将太阳得热系数作为衡量透光围护结构(门窗或透光幕墙)性能的参数。人们最关心的也是太阳辐射进入室内的部分，而不是被构件遮挡的部分。 太阳得热系数(SHGC)不同于本标准2005版中的遮阳系数(SC)值。2005版标准中遮阳系数(SC)的定义为通过透光围护结构(门窗或透光幕墙)的太阳辐射室内得热量，与相同条件下通过相同面积的标准玻璃(3mm厚的透明玻璃)的太阳辐射室内得热量的比值。标准玻璃太阳得热系数理论值为0．87。因此可按SHGC等于SC乘以0．87进行换算。 随着太阳照射时间的不同，建筑实际的太阳得热系数也不同。但本标准中透光围护结构的太阳得热系数是指根据相关国家标准规定的方法测试、计

算确定的产品固有属性。新修订的《民用建筑热工设计规范》GB 50176给出了SHGC的计算公式，如式(1)所示，其中外表面对流换热系数αe按夏季条件确定。 1 式中：SHGC——门窗、幕墙的太阳得热系数； g——门窗、幕墙中透光部分的太阳辐射总透射比，按照国家标准GB／T 2680的规定计算； ρ——门窗、幕墙中非透光部分的太阳辐射吸收系数； K——门窗、幕墙中非透光部分的传热系数[W／ (m2·K)]； αe——外表面对流换热系数[W／(m2·K)]； Ag——门窗、幕墙中透光部分的面积(m2)； Af——门窗、幕墙中非透光部分的面积(m2)； Aw——门窗、幕墙的面积(m2)；

太阳辐射在大气中的减弱

太阳辐射在大气中的减弱 太阳辐射通过大气时，分别受到大气中的水汽、二氧化碳、微尘、氧和臭氧以 及云滴、雾、冰晶、空气分子的吸收、散射、反射等作用，而使投射到大气上界的 太阳辐射不能完全到达地面。 太阳辐射穿过大气层时，大气中某些成分具有选择吸收一定波长辐射性能的特 性。大气中吸收太阳辐射的成分主要有水汽、氧、臭氧、二氧化碳及固体杂质等。 太阳辐射被大气吸收后变成热能，因而使太阳辐射减弱。 水汽虽然在可见光区和红外区都有不少吸收带，但吸收最强的是在红外区，从 0.93-2.85微米之间的几个吸收带。最强的太阳辐射能是短波部分，因此水汽从总 的太阳辐射能里所吸收的能量是不多的。据估计，太阳辐射因水汽的吸收可以减弱 4-15%。所以大气因直接吸收太阳辐射能而引起的增温并不显著。大气中的主要气体是氮和氧，只有氧能微弱地吸收太阳辐射。在波长小于0.2微米处为一宽的吸收带，吸收能力较强；在0.69和0.76微米附近，各有一个窄吸收带，吸收能力较弱。 臭氧在大气中含量虽少，但对太阳辐射的吸收很强。0.2-0.3微米为一强吸收带，使小于0.29微米的太阳辐射不能到达地面。在0.6微米附近又有一宽吸收带，吸收能力虽然不强，但因位于太阳辐射最强烈的辐射带里，吸收的太阳辐射还是相当多的。 二氧化碳对太阳辐射的吸收比较弱，仅对红外区4.3微米附近的辐射吸收较强，但这一区域的太阳辐射很微弱，被吸收后对整个太阳辐射影响不大。 此外，悬浮在大气中的水滴、尘埃等杂质，也能吸收一部分太阳辐射，但其量甚微。只有当大气中尘埃等杂质很多(如有沙暴、烟幕或浮尘)时，吸收才比较显著。 大气对太阳辐射的吸收是具有选择性的，因而使穿过大气的太阳辐射光谱变得极不规则；由于大气主要吸收物质(臭氧和水汽)对太阳辐射的吸收带都位于太阳辐射光谱两端能量较小的区域，因而吸收对太阳辐射的减弱作用不大。也就是说，大气直接吸收的太阳辐射并不多，特别是对于对流层大气来说。所以，太阳辐射不是大气主要的直接热源。 大气对太阳辐射的吸收 太阳辐射穿过大气层时，占大气体积99％以上的氮、氧的吸收作用微弱，而含量不多的水汽、二氧化碳、臭氧等的吸收作用较强。这种吸收作用具有选择性。 大气对太阳辐射的吸收带均位于太阳光谱两端能量较小的区。臭氧能强烈吸收波长较短的紫外辐射；水汽和二氧化碳主要吸收波长较长的红外辐射。由此可见，大气吸收作用对太阳辐射减弱不大。大气因吸收太阳辐射而增温也不显著。所以，太阳辐射并不是大气增温的直接热源。 大气对太阳辐射的反射 大气中云层和较大颗粒的埃尘能将太阳辐射中的一部分能量反射到宇宙空间去。其中反射最明显的是云。不同的云量，不同的云状，云的不同厚度所发生的反射是不同的。高云平均反射25%，中云平均反射50%，低云平均反射65%，很厚的云层反射可达90%。笼统地讲，云量反射平均达50～55%。假设大气层顶的太阳辐射是100%。那么太阳辐射通过大气后发生散射、吸收和反射(反射云量反射表示)，向上散射占4%，大气吸收占21%,云量吸收占3%,云量反射占23%。 大气对太阳辐射的散射 太阳辐射通过大气时遇到空气分子、尘粒、云滴等质点时，都要发生散射。但散射并不像吸收那样把辐射能转变为热能，而只是改变辐射方向，使太阳辐射以质点为中心向四面八方传播开来。经过散射之后，有一部分太阳辐射就到不了地面。如果太阳辐射遇到的是直径比波长小的空气分子，则辐射的波长愈短，被散射愈厉害。其散射能力与波长的对比关系是：对于一定大小的分子来说，散射能力和波长的四次方成反比，这种散射是有选择性的。例如波长为0.7微米时的散射能力为1，波长为0.3微米时的散射能力就为30。因此，太阳辐射通过大气时，由于空气分子散射的结果，波长较短的光被散射得较多。雨后天晴，天空呈青蓝色就是因为辐射中青蓝色波长较短，容易被大气散射的缘故。如果太阳辐射遇到直

半球形整流罩厚度对气动热辐射的影响

收稿日期：2018-07-12；修订日期：2018-08-13基金项目：国家安全重大基础研究项目(6132760102-03)；航天科技创新基金(JTBL11610) 作者简介：王惠(1986-)，男，博士生，主要从事气动光学方面的研究。Email:wh1986 hit@https://www.doczj.com/doc/581403836.html, 导师简介：范志刚(1966-)，男，教授，博士生导师，主要从事气动光学、光电检测方面的研究。Email:fzg@https://www.doczj.com/doc/581403836.html, 1204002-1第47卷第12期 红外与激光工程2018年12月Vol.47No.12Infrared and Laser Engineering Dec.2018 半球形整流罩厚度对气动热辐射的影响 王惠，党凡阳，张荣达，明月，范志刚 (哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心，黑龙江哈尔滨150001) 摘要：气动加热的高温整流罩会产生强烈的红外辐射，影响导引头对目标的探测精度。为了寻求减弱整流罩气动热辐射的方法，建立了气动热辐射数学模型。利用有限元软件以及建立的气动热辐射数学模型对不同厚度的半球形整流罩气动热和气动热辐射进行了数值仿真，得到了半球形整流罩厚度对气动热和气动热辐射的影响规律。研究结果表明，在相同飞行工况下，工作10s 时，当半球形整流罩厚度由3mm 增厚到8mm ，整流罩驻点温度降低了16.23%；形变量减少了54.2%；探测器接收面上的最大辐照度减少了84.43%。因此增加整流罩的厚度可以降低整流罩的温度，有效减小整流罩的热形变和探测器上接收到的干扰辐射照度。 关键词：气动热辐射；半球形整流罩；厚度 中图分类号：TN206；O435.1文献标志码：A DOI ：10.3788/IRLA201847.1204002Influence of thickness of hemispherical dome on aerodynamic thermal radiation Wang Hui,Dang Fanyang,Zhang Rongda,Ming Yue,Fan Zhigang (Research Centre for Space Optical Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China) Abstract:Aerodynamically heated high temperature dome will produce strong infrared radiation.In some serious cases when the probe reaches saturation,the detecting precision of the seeker for target can be severely affected.In order to reduce the aerodynamic thermal radiation of the dome,a mathematical model of aerodynamic thermal radiation was developed.The aerodynamic heat and the aerodynamic thermal radiation of the hemispherical dome with different thickness were simulated numerically by software of finite element analysis and the mathematical model of aerodynamic thermal radiation.The influence of the thickness of hemispherical dome on the aerodynamic thermal response and aerodynamic heat radiation was analyzed and obtained.Research indicates that in the same flight conditions and in 10s,when the thickness of hemispherical dome increases from 3mm to 8mm,the stagnation point temperature of the dome reduces by 16.41%;the thermal deformation of the dome reduces by 54.2%;the maximum irradiance of receiving surface of the detector decreases by 84.43%.Therefore increasing the thickness of the dome can not only reduce the temperature of the dome,but also effectively reduce the thermal deformation of the dome and the interference radiation illumination received on the detector. Key words:aerodynamic thermal radiation; hemispherical dome;thickness 万方数据