OpenFOAM 내 태양열 복사모델을 고려한 복합열전달해석

 

  안녕하세요.

  오늘은 OpenFOAM 내 태양열 복사모델을 고려한 복합 열전달 해석에 대해 알아보려해요.

  실내 공조 시스템이나 건물 유리창에 들어오는 햇빛에 대한 복사모델을 고려할 때 많이 사용돼요.

 

태양열 복사모델 설정 및 종류

 

  1. 복사모델 설정 경로 : constant/<region>/radiationProperties 파일에서 설정

     region은 사용자가 정의한 region 임

   

  2. 태양열 복사모델의 종류

   (1) SunDirectionModel    constant;

        태양의 위치를 고려하는 모델로 정상상태 해석일 때 사용.

   (2) SunDirectionModel    tracking;

         시간에 따른 태양 위치를 계산하여 고려하는 모델로 비정상상태 해석일 때 사용.

 

  3. 태양열 복사모델 예

태양열 복사모델 예

 

 (1) sunDirectionModel  constant;

   1) sunDirection : 태양의 위치 벡터

   2) localStandardMeridian : GMT 기준 시간

   3) startDay : 365일중 날짜

   4) startTime : 하루중 시간

   5) longitude : 경도

   6) latitude : 위도

   7) gridUp : 형상의 북쪽

   8) gridEast : 형상의 동쪽

 

  (2) sun load model 종류

    > sunLoadModel fairWeater;

   1) groundReflectivity : 땅의 반사도 (0~1)

   2) skyCloudCoverFraction(SF) : 구름의 정도 (0~1)

   3) vertical surface Diffuse irradiation

vertical surface diffuse irradiation 방정식

 

   >  sunLoadModel constant;

  1) directSolarRad : 태양 복사 solar irradiation  [W/m2]

  2) diffuseSolarRad : 수직 표면에서 확산 태양 복사

   >  sunLoadModel timeDependent;

  1) directSolarRad : 태양 복사 solar irradiation  [W/m2]

  2) diffuseSolarRad : 수직 표면에서 확산 태양 복사

 

   >  sunLoadModel theoreticalMaximum;

  1) setrn : maximum theoretical direct solar parameter

  2) SunPrime : maximum theoretical direct solar parameter

 

  (3) Energy spectrum과 radiative flux coupling flags

Energy spectrum 과 radiative flux coupling flags

  > spectralDistribution (1);

   1) 태양빛의 스펙트럼을 N개의 밴드로 분할하고 벽에 N개의 방사율과 흡수율 정의

 

  > radiative flux coupleing flags

   1) solidCoupled false;  => solid 부분이 고려되었을 때 true로 바꿔 사용.

   2) wallCoupled   true;  => solid 부분이 고려되지 않고 벽일 떄 true로 사용.

 

  (3) 태양열에 의한 반사광 설정

태양열에 의한 반사광 설정

 

  > useReflecedRays   false;

   1) 태양열 반사광 해석 설정 

      -  nPhi : phi 방향으로 10개 나눠 해석

      - nTheta : Theta 방향으로 10개 나눠 해석.

 

태양열 복사 모델을 이용한 해석 예

 

  1. 해석버전 : OpenFOAMv2312

  2. 경로 : /openfoam2312/tutorials/heatTransfer/chtMultiRegionFoam/externalSolarLoad 

  3. 해석솔버 : chtMultiReigonFoam

  4. 해석격자 : blockMesh 

  5. 해석 형상 

해석 형상

  6. 해석 조건

   (1) Air 조건

     1)  난류모델 : k-epsilon model

     2)  복사모델

       = viewFactor model

       = Solar Load model

     3)  경계조건

        = 온도 : 초기조건(300K), air to floor (350K),air to solid(350K) , 외부공간 (300K)

        = 속도 : 초기조건(0.1 0 0), air to floor (0 0 0), air to solid(0 0 0)

        = 압력 :  초기조건(1E5 Pa), 외부공간 (total pressure 1E5 Pa)

        = 복사량(qr) : air to floor , air to solid (greyDiffusiveRadiationViewFactor)

 

   (2) solid 조건

     1)  경계조건

        = 온도 : floor_to air, floor to floor (turbulentTemperatureRadCoupledMixed) value 300K

                       minZ(externalWallHeatFluxTemperature)

        = 압력 :  내부 계산

 

 (3) Floor 조건

     1)  경계조건

        = 온도 : solid_to air, solid to floor (turbulentTemperatureRadCoupledMixed) value 350K

        = 압력 :  내부 계산

 

  7. 태양열 복사모델 설정

   (1) 경로 : constant/air/ radiationProperties 파일에서 설정

   (2) solar radiation model

        sunDirectionModel(tracking), sunLoadModel (fairWeather), sperctralDistribution (2 1),

        solidCoupled(true), useReflecedRays(true)

 

  8. 해석 결과

 

온도해석결과

 

결론

 

  오늘은 OpenFOAM 내 태양열 복사모델을 고려한 복합 열전달 해석에 대해 알아봤어요

  실내 공조 시스템이나 건물 유리창에 들어오는 햇빛에 대한 복사모델을 고려할 때 많이 사용돼요.

  오늘도 읽어 주셔서 감사합니다. 질문은 댓글로 부탁드려요.