一种集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法技术

本发明专利技术提供一种集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法。所述集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法包括以下步骤：S1：确立物理模型；S2：对问题进行转换并建立等效模型；S3：建立数学模型并进行求解。本发明专利技术提供的集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法具有化繁为减、易于操作，适合于在集装箱热设计时为估计最大太阳辐射值提供可信的数值计算依据的优点。射值提供可信的数值计算依据的优点。射值提供可信的数值计算依据的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法


[0001]本专利技术涉及太阳辐射热负荷的计算
，尤其涉及一种集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法。

技术介绍

[0002]良好的热工作性能对某些特种集装箱至关重要。例如，冷藏集装箱需要箱内保持恒定的持续低温才能对许多鲜活物品进行长时间的保鲜；导弹集装箱需要抵御外界的极端热环境保证箱内维持合适的工作温度，以实现全天候的机动性。近年来，采用基于计算流体力学的仿真分析方法评价集装箱的热设计性能的研究取得了较大的进步，有大量的应用实例可供借鉴。但是，如何定义最不利的太阳辐射工况及相应地在仿真试验时如何定义最大的太阳辐射热负荷，目前尚无可靠的可供采用的数据，只能凭研究设计人员的经验进行假设。
[0003]因此，有必要提供一种新的集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法解决上述技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是提供一种化繁为减、易于操作，适合于在集装箱热设计时为估计最大太阳辐射值提供可信的数值计算依据的集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法包括：以下步骤：
[0006]S1：确立物理模型；
[0007]S2：对问题进行转换并建立等效模型；
[0008]S3：建立数学模型并进行求解。
[0009]优选的，所述S1中，确立物理模型具体包括以下步骤：
[0010]S11：确立太阳辐射强度；
[0011]S12：确立太阳视运动规律与太阳天文参数；
[0012]S13：确立集装箱的方位角及总太阳辐射计算模型。
[0013]优选的，所述S11中，太阳的辐射强度的公式为：
[0014][0015]式中，G
ND
——垂直入射直射太阳辐射强度，W/m2；A为大气质量为零时的太阳辐射强度为常数，约为1367W/m2；B为大气的消光系数；α为太阳高度角；C
N
为大气清洁度。
[0016]优选的，所述S12，确立太阳视运动规律与太阳天文参数中，计算赤纬角σ：
[0017]σ＝0.3963723
‑
22.9132745cosN+4.0254304sinN
[0018]‑
0.3872050cos2N+0.05196728sin2N
[0019]‑
0.1545267cos3N+0.08479777sin3N
[0020]式中单位为度，其中n一年中的某天(距离元旦)，1≤n≤365。
[0021]计算太阳时角ω：
[0022]ω＝15
×
(ST
‑
12)
[0023]式中，ST为真太阳时。
[0024][0025]其中，H为地方时；L
ng
为经度；e为时差。
[0026]e＝229.2
×
(0.000075+0.001868cosN
‑
0.032077sinN
[0027]‑
0.014615cos2N
‑
0.04089sin2N)
[0028]根据赤纬角σ、太阳时角ω及纬度L
at
即可以求出太阳的太阳高度角和太阳方位角：
[0029]太阳高度角：sinα＝sinL
at
sinσ+cosL
at
cosσcosω
[0030]太阳方位角：
[0031][0032]优选的，所述S13：确立集装箱的方位角及总太阳辐射计算模型中，到达每个表面的太阳辐射由下式计算：
[0033]G＝G
D
+G
d
+G
R
[0034]式中，G
D
为入射直射辐射；G
d
为入射散射辐射，G
R
为反射辐射。
[0035]对于顶面，
[0036]G＝G
ND
cosθ
z
+CG
ND
[0037]式中，θ
z
＝90
°‑
α水平面的太阳光线入射角，即天顶角；散射辐射常数C与月份相关。显然计算最大太阳辐射热负荷必须对应一年中气温最高的月份，即7月或8月，C取为0.138。
[0038]对于侧面，又分为迎光面和背光面两种。对于迎光面，
[0039][0040]式中，θ为侧面的太阳光线入射角，根据几何关系，θ取决于太阳高度角α、太阳方位角β及集装箱的摆放方位；
[0041]为垂直表面的入射散射辐射与水平面的入射散射辐射的比值，其计算公式为：
[0042][0043]优选的，所述S2中，建立数学模型确立为集装箱的总辐射为：G
z
＝a+b+c+d+e＝f(α,β
r
)。
[0044]与相关技术相比较，本专利技术提供的集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法具有如下有益效果：
[0045]本专利技术提供一种集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法，针对集装箱在何种条件下受到的太阳辐射最大、值为多少提出了一种计算方法。该方法在计算集装箱总太阳辐射值的5维物理模型的基础上，运用模型降维的思维，建立了等效的2维模型，通过在2维空间中的全域遍历搜索，求解出了最大太阳辐射值及对应的等效2维向量值，进而通过该2维向量值与原5维变量的映射关系，明确了发生最大太阳辐射时的约束条件。以标准集装箱为例，能够直接用于在集装箱的热仿真实验中把最大太阳辐射热负荷转化为等效的面热源加载在集装箱的各个表面上。同时能够在进行与最大太阳辐射相关的物理实验时，为选择能够获得最大太阳辐射的实验地点、实验日期、实验时间和集装箱的摆放方位等实验条件提供参考。
附图说明
[0046]图1为本专利技术提供的集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法的太阳高度角和太阳方位角的示意图；
[0047]图2为为本专利技术提供的集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法的集装箱的摆放方位的示意图；
[0048]图3为本专利技术提供的集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法的的求解集装箱最大太阳辐射的等效2自由度物理模型的示意图；
[0049]图4为本专利技术提供的集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法的集装箱方位角的确定的示意图；
[0050]图5为本专利技术提供的集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法的集装箱太阳辐射的等效计算的示意图。
具体实施方式
[0051]下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步说明。
[0052]请结合参阅图1、图2、图3、图4和图5，其中，图1为本专利技术提供的集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法的太阳高度角和太阳方位角的示意图；图2为为本专利技术提供的集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法的集装箱的摆放方位的示意图；图3为本专利技术提供的集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法的的求解集装箱最大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：确立物理模型；S2：对问题进行转换并建立等效模型；S3：建立数学模型并进行求解。2.根据权利要求1所述的集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法，其特征在于，所述S1中，确立物理模型具体包括以下步骤：S11：确立太阳辐射强度；S12：确立太阳视运动规律与太阳天文参数；S13：确立集装箱的方位角及总太阳辐射计算模型。3.根据权利要求1所述的集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法，其特征在于，所述S11中，太阳的辐射强度的公式为：式中，G
ND
为垂直入射直射太阳辐射强度，W/m2；A为大气质量为零时的太阳辐射强度为常数，约为1367W/m2；B为大气的消光系数；α为太阳高度角；C
N
为大气清洁度。4.根据权利要求3所述的集装箱最大太阳辐射热负荷的计算方法，其特征在于，所述S12，确立太阳视运动规律与太阳天文参数中，计算赤纬角σ：σ＝0.3963723
‑
22.9132745cos N+4.0254304sin N
‑
0.3872050cos 2N+0.05196728sin 2N
‑
0.1545267cos 3N+0.08479777sin 3N式中单位为度，其中n一年中的某天(距离元旦)，1≤n≤365。计算太阳时角ω：ω＝15
×
(ST
‑
12)式中，ST为真太阳时。其中，H为地方时；L
ng
为经度；e为时差。e＝229.2
×
(0.000075+0.001868cosN
‑
0.032077sinN
...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊新红，周泉霖，祝龙，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：