Fluent模拟太阳辐射的问题

我想做一个模型来模拟地物在自然条件下的温度分布，需要考虑太阳辐射、大气对流传导和地面辐射等因素，用Do模型能计算吗？

我自己试了一下，有几个问题没有搞明白，望高手指点：

1、如果用稳态计算出来的结果是在初始状态下太阳辐射条件（方向矢量、热流通量等）下达到的平衡状态吗？如果需要知道不同时刻的温度场，是不是应该用瞬态模型计算呢，但是用瞬态模型计算总是不收敛，这样的结果可信吗？

2、取一个比目标大几倍的空间作为计算域，空间的边界条件怎么设置，除了入口与出口，其他的边不能设置成壁面吧，设置成对称的边界行吗？

3、地面作为大空间的地面，设置成对流传热的壁面，为什么温度总是过高呢（390K）？应该怎么设置壁面的边界条件呢？

1 是平衡状态的。是应该用瞬态模型，不收敛，如果发散，当然不行。但是如果你是指未能残差降低一定的幅度，那么应该了解这种判据未必合理，应该用温度、速度或通量等更直接的判据。

2 流动是自然对流吧？是壁面可以设置成壁面，不是当然不能。你提到“边”，难道是二维模型？那么怎么模拟太阳辐射呢？

3 你提到“地面设置成对流传热的壁面”，就是说你认为地面的传热边界条件是预设的，那么有什么必要用CFD呢？

你把问题说得再明白一些。

目的是计算在太阳辐射条件下物体与地面的温度分布，最好能将地面对物体的辐射也考虑进去。

模型介绍：

地面取7*7平方米，深1米，物体为一个边长为1米的立方体，放在地面中心，空间高度取4米，大小与地面相同。空气采用材料库中的air材料，地面采用材料库中的Caco3（碳酸钙）材料，物体为自定义的cube材料。

边界条件设置：

设置地面以下1米处为恒温壁面，温度为288K，四个侧面为绝热壁面。空气与地面的接触面为耦合壁面，物体与地面接触面conduct-face为导热壁面（假设传热系数为20），物体其余5个与空气接触的面设置成辐射传热。空气设置速度入口与outflow出口，其余三个面设置为symmetry。

用Do模型自带的Solar Calculator计算阳光辐射。

以上的模型建立以及设置是否合理，望不吝赐教，谢谢！

我用这个模型计算，在稳态条件下，迭代了140次收敛（亚松弛因子等都是用的默认设置）。为什么物体的温度始终都和空气温度一样呢，而且地面温度也太高了，什么地方出了问题呢？

是漏掉了与空气的对流换热吧，我把地面、物体与空气接触的面设置成混合的边界条件，计算结果还是不理想啊，而且对流换热系数不知道，只能假设，这样也会影响计算结果啊！另外怎么考虑地面对物体的辐射传热呢？

而且我把太阳辐射的方向角调得比较大（如下午5点）时，按理说物体各个表面的温度应该不同，但是为什么出不来这样的模拟结果呢？

分析一下传热过程和求解模型：

空气：热对流，求解N-S方程和能量方程

地面土壤、物体：导热，求解能量方程

地面与物体之间：接触传热，用薄壁热阻模型

地面或物体与空气之间：对流换热，Coupled传热边界条件

太阳对地面或物体表面的辐射：投射辐射热流，太阳辐射模型

地面或物体与周遭物体之间：辐射换热，由于处于计算域内部，必须用辐射模型。这部分传热过程是最容易被忽视的，但很多时候是不可忽略的。一般情况比较复杂。在室外，周遭物体包括地面上的物体和天空，它们的辐射性质和温度又不一样，需要适当简化与近似。

有辐射换热时，流体区边界条件不能随便用symmetry边界条件。

不好意思，前两天有点忙，没时间上网，让帖子沉下去了，呵呵

由于是新手，关于版主的解答，我还是有些地方不太明白，希望能说得更详细些。

1、建模时空气区域是否应该为一个六面体抠去一个小立方体？

2、空气区域除了入口、出口以及与地面、物体耦合的面，其余三个面如果不能设置成Symmtry，应该如何设置边界条件？

3、耦合的边界条件是这样设置吗：我发现在Gambit中将两个体共有的面合并之后，生成的网格导入到Fluent中才会有耦合选项（即自动生成一个shadow面），但是如果空气区域减去物体（立方体）后，地面就不再是正方形（中间抠去了一个小正方形），这样怎么与仍是正方形的地表耦合呢？用split face命令将地表面用立方体的地面分割成两个面，可以吗？

4、薄壁热阻模型具体在Fluent软件中怎么设置边界条件呢？本例中物体立方体的底面与地面是大小不同的面，两个面应如何设置边界条件呢？

5、版主列出了各个接触面之间的方程，分析得很全面，但是这些控制方程在Fluent软件中怎么计算呢，如“空气：热对流，求解N-S方程和能量方程；地面土壤、物体：导热，求解能量方程；地面与物体之间：接触传热，用薄壁热阻模型”，这些方程是分别计算还是通过Fluent软件的设置，一次就计算完成了呢？

6、投射辐射热流怎么计算啊，这个模型在Fluent中什么地方设置呢？

感谢版主耐心的支持，由于我没有学过流体力学，只是需要用Fluent计算才开始接触的这个软件，所以有许多问题比较低级，还请版主不吝赐教，感激不尽！

1、建模时空气区域是否应该为一个六面体抠去一个小立方体？

最好不是抠去，而是割（split）出一个小立方体，代表物体，并保持分割面处connected。如果抠去，那么要保留小立方体，并将其与空气区域的对应面联结（connect）起来，然后再划分网格。否则网格就是non-conformal的，要将两区域的对应面设成interface类型的边界。土壤与空气区域也最好用分割的方法。

2、空气区域除了入口、出口以及与地面、物体耦合的面，其余三个面如果不能设置成Symmtry，应该如何设置边界条件？

四周面不妨都设成流动入口或出口。设成透明的壁也行，因为你要模拟的是一个大空间，只要空间足够大。但不能设成对称，如果设成对称面，就是一面镜子，你是学光学的，对吧？

3、耦合的边界条件是这样设置吗：我发现在Gambit中将两个体共有的面合并之后，生成的网格导入到Fluent中才会有耦合选项（即自动生成一个shadow面），但是如果空气区域减去物体（立方体）后，地面就不再是正方形（中间抠去了一个小正方形），这样怎么与仍是正方形的地表耦合呢？用split face命令将地表面用立方体的地面分割成两个面，可以吗？

参见1。地面与物体，以及地面与空气区域之间的面均设为wall边界，这应该是两个面。

4、薄壁热阻模型具体在Fluent软件中怎么设置边界条件呢？本例中物体立方体的底面与地面是大小不同的面，两个面应如何设置边界条件呢？

将对应wall边界的thickness设定为非零值，并选择相应的material，以模拟热阻。

5、版主列出了各个接触面之间的方程，分析得很全面，但是这些控制方程在Fluent软件中怎么计算呢，如“空气：热对流，求解N-S方程和能量方程；地面土壤、物体：导热，求解能量方程；地面与物体之间：接触传热，用薄壁热阻模型”，这些方程是分别计算还是通过Fluent软件的设置，一次就计算完成了呢？

我列出的是你的问题中涉及的主要物理过程和相应的物理模型。对于传热问题，fluent 求解的基本控制方程是N-S方程和能量方程，这也就是最基本的物理模型，其它物理模型根据问题的具体情况是可选的。一旦在fluent中选择或启用了某些物理模型，也就定义了计算模型，就意味着让fluent求解相应的控制方程。

6、投射辐射热流怎么计算啊，这个模型在Fluent中什么地方设置呢？

太阳辐射可以用fluent的太阳辐射模型。如果还需要考虑其它物体之间的辐射则需要选择一种辐射模型。如果仅需考虑计算域外边界壁面与计算域外部具有均一温度且壁面对其辐射角系数为1的黑体之间的热辐射传热，且假定壁面面向外部的面为漫灰表面，只需要定义壁面辐射边界条件。

谢谢版主的解答！

对于第二个问题，如果四周面都设成流动入口或出口，计算时会出现reversed flow，这样很难收敛，对计算结果应该也有影响吧

对于第六个问题，“还需要考虑其它物体之间的辐射则需要选择一种辐射模型”，此处说的