太阳辐射热仿真

在汽车外饰件、户外设备等产品设计时，通常需要考虑太阳照射导致产品温度升高的问题。Simcenter热仿真，可以根据纬度、方位和时刻，定义太阳辐射条件。模拟阳光照射引起的温度升高，为产品热设计提供参考。

太阳辐射问题需要考虑的因素

如图所示的金属件，暴露在太阳下，想要知道它表面的温度是多少。我们需要考虑以下因素：

1. 环境温度是多少？产品周围的空气温度，即气温。
2. 太阳在什么方位，决定了阳光的照射角度。早中晚不同时刻，照射角度不一样，需要在仿真条件中定义。
3. 不同的材料，对阳光的吸收率不一样，温度也会不一样。还有反射率、透过率等因素，也需要考虑。

Simcenter模拟太阳辐射

前面提到的这些影响因素，在Simcenter软件的Space Systems Thermal（空间系统热分析）模块中，都可以进行设置。

在材料属性中设置吸收率、反射率和透过率，三者加起来等于1。本例中，吸收率和反射率都是0.5，透过率是0，表示太阳光照有一半被物体接受，另一半反射出去。

设置产品表面与周围环境空气的对流换热系数为 7 W/(m²·K)，环境温度为30℃。

定义太阳辐射条件：纬度30°（武汉/杭州的纬度），北纬是正数、南纬是负数，产品Y方向表示东方，太阳在产品+Z方向，地方时刻为正午12点。

太阳辐射热仿真结果

环境温度30℃，正午12:00阳光直射。仿真得到的产品温度分布如下，最高温度46℃。相对于环境温度升高了16℃，说明太阳辐射条件起作用了。

假设太阳辐射条件改为早上6:00，环境温度是20℃，修改对应的仿真参数，重新进行仿真，就可以得到这个条件的产品温度。如下图所示，最高温度30℃，相对于环境温度升高了10℃。早上阳光斜射产生的温升，比中午阳光直射的温升小一些，符合实际情况。

如果在产品正上方，增加一块半透明的塑料板，遮挡一部分阳光。产品温度应该会有所降低，通过仿真来验证一下。还是采用最初的条件“环境温度30℃，正午12:00阳光直射”，结果如下图所示。遮光板最高温度42℃，产品最高温度39℃，符合逻辑。