Rayonnement solaire dans SOLIDWORKS Flow Simulation

Lors de la conception d'appareils électroniques destinés à un usage extérieur, de façades de bâtiments ou de tout autre objet exposé au soleil, le rayonnement solaire constitue une source de chaleur majeure susceptible d'influencer considérablement la durée de vie de votre produit. Comprendre l'impact de l'énergie solaire sur votre conception peut vous aider à prendre des décisions qui permettront d'obtenir un produit fini de meilleure qualité.

SOLIDWORKS Flow Simulation propose une fonctionnalité puissante, mais souvent sous-utilisée, permettant de modéliser le rayonnement solaire et son impact sur le transfert de chaleur.

Le rayonnement solaire réfléchi par une antenne parabolique

Les différents types de rayonnement thermique

Dans SOLIDWORKS Flow Simulation, le rayonnement thermique provenant des limites en champ lointain du domaine de calcul ou des ouvertures du modèle peut être défini comme un rayonnement ambiant ou solaire. Ces types de rayonnement peuvent être appliqués aussi bien aux études d'écoulement internes qu'externes.

Rayonnement dans l'environnement

Le rayonnement ambiant est le flux d'énergie non directionnel généré par les parois d'une immense « pièce » imaginaire qui entoure le corps. Ce flux présente des paramètres de rayonnement prédéfinis.

Rayonnement solaire

Contrairement au rayonnement ambiant, le rayonnement solaire est modélisé par un flux d'énergie directionnel. Le rayonnement solaire est donc défini par son flux de puissance (intensité) et son vecteur directionnel. Outre le rayonnement solaire provenant des limites du domaine de calcul, il est également possible de définir une source de rayonnement solaire émettant un rayonnement directionnel.

Comment définir le rayonnement solaire dans SOLIDWORKS Flow Simulation

Pour activer le rayonnement solaire, vous devez d'abord activer l'option « Transfert thermique » dans les paramètres généraux de la configuration du projet, puis sélectionner « Rayonnement ».

Définition du rayonnement solaire à partir de la lumière du soleil

Vous pouvez définir le rayonnement solaire dans SOLIDWORKS Flow Simulation de différentes manières, en utilisant soit la méthode des transferts discrets, soit celle des coordonnées discrètes :

• Par Lieu, Le temps et la turbidité
  • L'emplacementpeut être sélectionné parmi les villes prédéfinies disponibles dans la base de données technique de SOLIDWORKS Flow Simulation ou en définissant une ville personnalisée.
  • La date peut être définie à partir du mois, du jour et de l'heure.
  • Le facteur de turbidité permet de caractériser l'épaisseur optique de l'atmosphère due à la présence de vapeur d'eau ou de polluants dans l'atmosphère.

• Parlieu et par heure
• Par Direction et intensité
  • Il est possible de définir les composantes et l'intensité d'un vecteur directionnel (X, Y, Z).
• Parazimut et altitude
• Par Modèle Sunlight
  • Vous pouvez définir les conditions aux limites relatives au rayonnement solaire en les associant à l'option SOLIDWORKS Sunlight, accessible dans les paramètres de caméra.

Différences entre les modèles à transferts discrets et les modèles à coordonnées discrètes

La méthode de transfert discret est le modèle de rayonnement par défaut disponible dans SOLIDWORKS Flow Simulation. Si vous disposez du module complémentaire HVAC, vous pouvez activer le modèle à coordonnées discrètes pour le calcul du rayonnement.

Modèle de transfert discret

Le modèle de transfert discret permet de simuler uniquement la réflexion par diffusion ou une réflexion spéculaire à 100 % s'il est défini via une condition aux limites de surface radiative de type symétrique. Il ne prend pas en charge les dépendances spectrales. En revanche, il permet de traiter l'optique géométrique avec une source directionnelle en utilisant une méthode de traçage des rayons solaires vers l'avant, au lieu du traçage par défaut vers l'arrière.

Modèle à coordonnées discrètes

Le modèle à coordonnées discrètes disponible dans le module HVAC de SOLIDWORKS Flow Simulation permet de prendre en compte les dépendances spectrales (longueur d'onde) et prend en charge l'utilisation de surfaces semi-transparentes. Pour les gradients de température élevés et la prise en compte des effets géométriques et optiques, il est recommandé d'utiliser la méthode de transfert discret par défaut.

Exemple de création d'une étude sur le rayonnement solaire

À titre d'exemple, l'option « Sunlight » permet de modéliser le rayonnement solaire. L'orientation, l'heure et la durée sont définies dans les paramètres généraux de l'étude dans SOLIDWORKS Flow Simulation et peuvent varier en fonction du temps.

Configurer la luminosité dans les paramètres généraux

Une analyse transitoire peut être configurée pour simuler l'ensoleillement du bâtiment sur une période de quelques heures. Les résultats peuvent être présentés sous forme de graphiques représentant le flux incident et le flux rayonnant. De plus, des graphiques de courbes de niveau peuvent être créés pour illustrer le flux sur les murs extérieurs du bâtiment.

Graphiques du flux solaire issus de la simulation du rayonnement

Améliorez vos conceptions grâce à SOLIDWORKS Flow Simulation

En intégrant l'influence du soleil via le rayonnement solaire dans SOLIDWORKS Flow Simulation, les ingénieurs concepteurs peuvent créer des produits plus sûrs, plus fiables et plus efficaces. Plutôt que de se contenter de deviner ce qui fonctionne le mieux, la simulation complète de vos conceptions vous garantit de fabriquer de meilleurs produits, plus rapidement.

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