基于Fluent的太阳能电池冷却系统数值模拟(3)
图 1.1 CFD关系图
实验测量方法所得到的实验结果真实可信，它是理论分析和数值方法的基础，其重要性不容低估。然而，实验往往受到模型尺寸、流场扰动、人身安全和测量精度的限制，有时可能很难通过试验法得到结果。此外，实验还会遇到经费投入、人力和物力的巨大耗费及周期长等许多困难。
而CFD方法恰好克服了前面两种方法的弱点，在计算机上实现一个特定的计算。就好像在计算机上做一次物理实验。例如，机翼的绕流，通过计算并将其结果在屏幕上显示，就可以看到流场的各种细节：如激波的运动、强度，涡的生成与传播，流动的分离、表面的压力分布、受力大小及其随时间的变化等。数值模拟可以形象地再现流动情景，与做实验没有什么区别。
CFD的长处是适应性强、应用面广。首先，流动问题的控制方程，一般是非线性的，自变量多，计算域的几何形状和边界条件复杂，很难求得解析解，而用 CFD方法则有可能找出满足工程需要的数值解；其次，可利用计算机进行各种数值试验，例如，选择不同流动参数进行物理方程中各项有效性和敏感性试验，从而进行方案比较。再者，它不受物理模型和实验模型的限制，省钱省时，有较多的灵活性，能给出详细和完整的资料，很容易模拟特殊尺寸、高温、有毒、易燃等真实条件和实验中只能接近而无法达到的理想条件。CFD也存在一定的局限性。首先，数值解法是一种离散近似的计算方法，依赖于物理上合理、数学上适用、适合于在计算机上进行计算的离散的有限数学模型，且最终结果不能提供任何形式的解析表达式，只是有限个离散点上的数值解，并有一定的计算误差；第二，它不像物理模型实验一开始就能给出流动现象并定性地描述，往往需要由原体观测或物理模型试验提供某些流动参数，并需要对建立的数学模型进行验证；第三，程序的编制及资料的收集、整理与正确利用，在很大程度上依赖于经验与技巧。此外，因数值处理方法等原因有可能导致计算结果的不真实，例如产生数值粘性和频散等伪物理效应。当然，某些缺点或局限性可通过某种方式克服或弥补。此外，CFD因涉及大量数值计算，因此，常需要较高的计算机软硬件配置。
经过四十多年的发展，CFD出现了多种数值解法。这些方法之间的上要区别在于对控制方程的离散方式。根据离散的原理不同，CFD大体上可分为三个分支：
1）有限差分法（Finite Difference Method， FDM）
2）有限元法（Finite Element Method， FEM）
3）有限体积法（Finite Volume Method， FVM）
1.5 论文主要研究内容
本文主要针对太阳能光伏系统的散热器部分进行分析，其研究内容包括：
1）太阳能电池对散热器的要求分析；
2）使用AUTOCAD建立了散热器的数值模型，并运用Gambit进行网格划分处理；
3）针对不同工况下，运用Fluent软件进行对散热器的温度分布进行数值模拟与分析。
2 散热器数学模型建立
2.1 散热器物理模型
热光伏转换器是太阳能电池的核心部分，直接决定着系统的效率以及散热器的结构和参数。本文所述的热光伏转换器如下图所示