Flotherm 太阳辐射设置

在电子设备的热分析中，特别是针对户外设备（如基站、路边机柜）时，太阳辐射的影响往往不容忽视。Flotherm 提供了强大的太阳辐射模拟功能，可以帮助热设计工程师准确评估日照带来的额外热负荷。

一、 开启太阳辐射模型

在 Flotherm 中，太阳辐射默认是不开启的。

1. 首先，在 Model Setup（模型设置） 选项卡中勾选 Solar Radiation（太阳辐射）。
2. 至关重要的一点是，开启太阳辐射的同时必须同时开启热辐射（Radiation On），否则模型可能会因为缺乏有效的辐射散热而计算出异常高的温度。
3. 点击 Click To Edit 按钮，即可打开 Solar Configuration（太阳配置） 对话框进行详细参数定义。

二、 核心参数定义

在 Solar Configuration 对话框中，你需要配置以下三大类参数：

1. 模型方位 (Model Orientation from North)

这一步用于定义模型在地理上的朝向。

• 你需要指定项目中的坐标轴与地理北极之间的夹角。
• 例如，如果重力方向为 -Y，则可以使用 X 或 Z 轴来定义方位。如果北极与 Z 轴对齐，则将 Angle Measured From 设置为 Z 轴，角度设为 0。

2. 太阳位置 (Solar Position)

Flotherm 根据地理位置和时间计算太阳在天空中的位置。

• Latitude（纬度）：输入设备所在地的纬度（例如德克萨斯州奥斯汀为 30.25 度）。
• Date（日期）：选择具体的月份和日期，因为不同季节的日照角度不同。
• Solar Time（太阳时）：设置一天中的具体时间（采用 24 小时制）。注意，太阳时可能与当地法定时间存在差异。

3. 计算类型 (Solar Calculation Type)

你可以选择两种方式来确定太阳强度：

• Solar Intensity（太阳强度）：如果你有实测的日照强度数据，可以直接手动输入（单位为 $W/m^2$）。
• Cloudiness（云量）：让 Flotherm 根据地理位置和时间自动计算强度。云量为 0 代表晴空万里，强度最大；如果设置为 0.3，则自动计算出的日照强度会降低 30%。

三、 关键属性配置

为了让物体正确响应太阳辐射，必须为物体表面分配适当的属性：

1. Material Attribute（材料属性）：确保组件关联了材料以进行导热。
2. Surface Attribute（表面属性）：
   • Solar Reflectivity（太阳反射率）：仅在开启太阳辐射时有效，决定了物体吸收日照热量的比例。例如，反射率为 0.5 意味着只有 50% 的能量被吸收。
   • Emissivity（发射率）：用于常规热辐射计算，决定物体向环境散热的能力。
3. Radiation Attribute（辐射属性）：将辐射属性附加到需要参与计算的物体表面。

四、 建模避坑指南与高级技巧

• 避免使用塌陷长方体 (Collapsed Cuboid)：太阳辐射的效果仅在 3D 实体对象 上计算。如果你要研究 2D 表面的日照效果，请使用厚度极小的 3D 长方体代替塌陷模型。
• 求解域边界限制：如果物体紧贴求解域边界且该边界没有空气层，则 Solar Reflectivity（太阳反射率） 可能无法正常工作。此时建议稍微扩大求解域，确保物体表面有网格单元。
• 过滤太阳流：你可以使用带有 Free Area Ratio（开孔率） 的电阻对象 (Resistance) 来模拟植被或遮阳帘对太阳辐射的遮挡过滤作用。
• 性能说明：太阳辐射计算支持多核运行，但最多仅支持 8 个核心。

五、 结果可视化

计算完成后，你可以通过以下方式检查设置是否正确：

• Solar Vector（太阳矢量）：在可视化界面的右上角会显示黄色的太阳矢量方向。
• SolarViz 标量场：在 Analyze 模式 下，可以绘制 SolarViz 分布图，它反映了物体接收到的相对日照强度以及阴影遮挡情况。

通过以上步骤，你就能在 Flotherm 中构建起一个科学、准确的太阳辐射分析模型，为户外设备的散热设计提供可靠的数据支持。