拱坝坝面太阳辐射强度计算

本文基于三维拱坝有限元模型,建立了采用ASHRAE晴空模型,利用光线追踪算法准确计算周围地形和自身遮蔽的坝面太阳辐射计算框架。该方法能够准确计算拱坝坝面太阳辐射的不均匀分布,为温度场计算提供准确的边界条件。现场实拍照片与计算瞬时坝面辐射的比较,验证了光线追踪算法

拱坝坝面太阳辐射强度计算

陈拯峰水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京

摘要本文基于三维拱坝有限元模型建立了采用利用光线追踪算法准确计算周围地形和自身冬季和夏季日平均太阳辐

考虑太阳辐该方法能够准确计算拱坝坝面太阳辐射的不均匀分布为温度场计算提供准确的现场实拍照片与计算瞬时坝面辐射的比较

关键词拱坝太阳辐射晴空模型光线追踪算法

对计算结果的分析表明拱坝的日平均太坝面辐射分布主要由拱坝朝向决定世纪年代研究桥梁的温度分布时就指出太阳辐射是重要的影响对于坝面太阳辐射的计算太过粗略不能考虑拱坝下游坝面不同部位的温度分布不均匀现象限制晴空辐射模型利用光线追踪算法计算在考虑周度场的计算比较直接根据实测资料拟合坝面温度太阳辐射计算模型

基金项目作者简介

重庆人硕士生

本文基于三维拱坝有限元模型,建立了采用ASHRAE晴空模型,利用光线追踪算法准确计算周围地形和自身遮蔽的坝面太阳辐射计算框架。该方法能够准确计算拱坝坝面太阳辐射的不均匀分布,为温度场计算提供准确的边界条件。现场实拍照片与计算瞬时坝面辐射的比较,验证了光线追踪算法

手册根据美国地区的辐射值给出了美国

日的系数

式中

为大气的消光系数

晴空模型考虑了太阳周围比较明亮的天空区域

式中值

式中

为水平面上散射辐射与垂直入射直射辐射的比

系数

其中

建筑物实际接收的太阳辐射为

式中

对太阳辐射的遮蔽算法随着计算机技术的发展

基于

而拱坝复杂的三维曲面造型一般用于山地丘陵太阳

考虑到拱坝的温度和应力计算一般均建立了拱坝三维有限元模型则可视为水利工程尺

度的本文主要利用该算法判断有限元模型单元面能否基本流

基本思想是基于几何光学的原理程见图接收太阳直射工程实例验证

本节应用前面建立的计算拱坝有限元模型瞬时太阳辐射的方法计算某拱坝坝面瞬时太阳辐射强度

计算太

本文基于三维拱坝有限元模型,建立了采用ASHRAE晴空模型,利用光线追踪算法准确计算周围地形和自身遮蔽的坝面太阳辐射计算框架。该方法能够准确计算拱坝坝面太阳辐射的不均匀分布,为温度场计算提供准确的边界条件。现场实拍照片与计算瞬时坝面辐射的比较,验证了光线追踪算法

见图

坝体网格划分见图图

坝面太阳辐射计算流程

拱坝及地形示意坝体网格示意主要的计算参数及部分取值为拱坝的经纬度

上游坝面法线

根据拱坝当地实际情况估算取为

坝面瞬时太阳辐射计算结果

一般取

根据材料试验取

计算夏季典型日下午时太阳辐射分布并与现场实拍拱坝下游面日照情况比较

果见图夏季某日下午

时计算与实拍太阳直射分布比较

本文基于三维拱坝有限元模型,建立了采用ASHRAE晴空模型,利用光线追踪算法准确计算周围地形和自身遮蔽的坝面太阳辐射计算框架。该方法能够准确计算拱坝坝面太阳辐射的不均匀分布,为温度场计算提供准确的边界条件。现场实拍照片与计算瞬时坝面辐射的比较,验证了光线追踪算法

对于太阳辐射强度

根据公式计算当地理论

式中

式中取计算得到的冬季和夏季典型日拱坝下游面太阳辐射强度见图

从图

若对流换热系数为

考虑太阳辐射的计算坝面温度与实测温度比较

以计算得到的坝面太阳辐射作为辐射边界条件

图为下游面

拱坝下游面典型原型观测点的计算和实测旬平均温度值见图

坝面辐射组成和主要影响因素讨论

坝面太阳辐射组成

辐射占总辐射的左岸约为直射的

由坝面太阳辐射的组均为对称分布而本文采用的光线追踪算法能

本文基于三维拱坝有限元模型,建立了采用ASHRAE晴空模型,利用光线追踪算法准确计算周围地形和自身遮蔽的坝面太阳辐射计算框架。该方法能够准确计算拱坝坝面太阳辐射的不均匀分布,为温度场计算提供准确的边界条件。现场实拍照片与计算瞬时坝面辐射的比较,验证了光线追踪算法

拱坝下游面左右岸测点温度值比较

不同纬度坝面太阳辐射计算结果

对于坝面太阳辐射

图

为对不同纬度的坝体

月从图越大

不同朝向坝面太阳辐射计算结果

图是不

同朝向的坝体月

由图但分布均对当坝面朝东或朝西时

结论

本文建立了基于拱坝有限元模型

通过对实际工程的分析

本文基于三维拱坝有限元模型,建立了采用ASHRAE晴空模型,利用光线追踪算法准确计算周围地形和自身遮蔽的坝面太阳辐射计算框架。该方法能够准确计算拱坝坝面太阳辐射的不均匀分布,为温度场计算提供准确的边界条件。现场实拍照片与计算瞬时坝面辐射的比较,验证了光线追踪算法

图

表明纬度和朝向是决定坝面太阳辐射强度和分布的主要影响因素对于水面反射的太阳辐射对拱坝的影响以及当地实际的太阳辐射数据

参考文

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5lxe.html