在图中，1、2、3分别为气体辐射、预燃烧室内的火焰辐射和主燃烧室内的火焰辐射与辐射传热总量Qtotal之间的比率。此时努塞尔特数Nu定义为式中，为单位时间的平均传热量（散热量）；B为气缸内径；kg为气体热传导系数。由泰勒发表的气体相关温度Tg，a、黏性系数μg、热传导系数kg随当量比φ的关系如图8-15所示。......
2023-06-28
如何计算太阳能总辐射？
【摘要】：太阳能资源是指任一特定时段内水平面上太阳总辐射量的累积值，单位为兆焦每平方米。主要的影响因素包括接受辐射面的倾角和方位。以上因素将共同影响某一地点的太阳能总辐射量。
太阳能资源（Solar Energy Resources）是指任一特定时段内（如日、月、年）水平面上太阳总辐射量的累积值，单位为兆焦每平方米（MJ/m2）。而太阳总辐射（Global Solar Radiation）是指太阳直接辐射和散射辐射之和，单位为兆焦每平方米（MJ/m2）。
尽管世界气象组织已经将太阳常数定为1367W/m2±7W/m2，但到达地球表面的太阳辐射能却随着季节、时间、地点和天气等因素的不同有较大的变化。具体可以归结为以下几个因素：
1）天文因素。主要的影响因素包括日地距离、太阳的赤纬和时角。
2）地理因素。主要的影响因素包括该地的经度、纬度和海拔高度。
3）几何因素。主要的影响因素包括接受辐射面的倾角和方位。
4）物理因素。主要考虑由于大气衰减，接受表面的性质等因素的影响。
5）天气条件。这一因素具有一定的随机性和突发性。
以上因素将共同影响某一地点的太阳能总辐射量。其资源丰度一般以全年总辐射量[单位为MJ/（m2·a）]和全年日照总时数表示。太阳直接辐射强度（Direct Normal Irradiation，DNI）是评价聚光太阳能的重要参数之一。
太阳能的数量是以到达地面的太阳总辐射量来表示的，根据2008年8月1日颁布的中华人民共和国气象行业标准《太阳能资源评估方法（QX/T 89—2008）》的规定，首先要计算当天的太阳赤纬、日地距离系数及可照时数，进而计算日天文总辐射量，然后累计得到月天文总辐射量和年天文总辐射量。
1.太阳赤纬
太阳赤纬是指从天赤道沿太阳所在时圈量至日面中心的角距离。春（秋）分时为0°，一年之内在±23°27′（南北回归线）之间变化的计算可用式（2-20）来表示。
N0=79.6764+0.2422（y-1985）-INT[0.25×（y-1985）] （2-22）
式中，δ为太阳赤纬（rad）；x为计算参数，无量纲；N为日序，N=1～365/366，1月1日取1；y为计算年份，无量纲；INT（X）为不大于X的最大整数的标准函数；ΔN为积日订正值，由观测地点与格林尼治经度差产生的时间差订正值L；和观测时刻与格林尼治0时时间差订正值W两项组成，具体计算见式（2-23）～式（2-25）。
N0=79.6764+0.2422（y-1985）-INT[0.25×（y-1985）] （2-22）
式中，δ为太阳赤纬（rad）；x为计算参数，无量纲；N为日序，N=1～365/366，1月1日取1；y为计算年份，无量纲；INT（X）为不大于X的最大整数的标准函数；ΔN为积日订正值，由观测地点与格林尼治经度差产生的时间差订正值L；和观测时刻与格林尼治0时时间差订正值W两项组成，具体计算见式（2-23）～式（2-25）。
式中，D为计算点经度的度值；M为计算点经度的分值；L为东经取负号，西经取正号，在我国取负号；S为计算时刻时值，S=12；F为计算时刻分值，F=0。
2.日地距离系数
日地距离系数是计算日天文总辐射量的重要参数，可用式（2-26）计算，
ρ2=1.000423+0.032359sinx+0.000086sin2x
-0.008349cosx+0.000115cos2x （2-26）式中的计算参数x可由式（2-21）得到。
3.可照时数
可照时数也是计算日天文总辐射量的重要参数，可用式（2-27）和式（2-28）计算，
式中，D为计算点经度的度值；M为计算点经度的分值；L为东经取负号，西经取正号，在我国取负号；S为计算时刻时值，S=12；F为计算时刻分值，F=0。
2.日地距离系数
日地距离系数是计算日天文总辐射量的重要参数，可用式（2-26）计算，
ρ2=1.000423+0.032359sinx+0.000086sin2x
-0.008349cosx+0.000115cos2x （2-26）式中的计算参数x可由式（2-21）得到。
3.可照时数
可照时数也是计算日天文总辐射量的重要参数，可用式（2-27）和式（2-28）计算，
式中，TA为日可照时数（h）；TB为半日可照时数（h）；γ为蒙气差，γ=34′；ϕ为纬度，单位为度；δ为太阳赤纬（rad）。
4.时差
时差由式（2-29）计算得到，即
EQ=0.0028-1.9857sinx+9.9059sin2x-7.0924cosx-0.6882cos2x （2-29）
式中，x可由式（2-21）得到。
5.真太阳时
太阳视圆面中心连续两次上中天的时间间隔叫做真太阳日。真太阳时可由式（2-30）得到：
TT=CT±L+EQ （2-30）
式中，TT为真太阳时（h）；CT为北京时；L为经度时差；EQ为时差。
6.日天文总辐射量
日天文总辐射量可由式（2-31）和式（2-32）计算得到：
式中，TA为日可照时数（h）；TB为半日可照时数（h）；γ为蒙气差，γ=34′；ϕ为纬度，单位为度；δ为太阳赤纬（rad）。
4.时差
时差由式（2-29）计算得到，即
EQ=0.0028-1.9857sinx+9.9059sin2x-7.0924cosx-0.6882cos2x （2-29）
式中，x可由式（2-21）得到。
5.真太阳时
太阳视圆面中心连续两次上中天的时间间隔叫做真太阳日。真太阳时可由式（2-30）得到：
TT=CT±L+EQ （2-30）
式中，TT为真太阳时（h）；CT为北京时；L为经度时差；EQ为时差。
6.日天文总辐射量
日天文总辐射量可由式（2-31）和式（2-32）计算得到：
式中，Qn为日天文太阳总辐射[MJ/（m2·d）]；T为时间周期为24×60min·d-1；I0为太阳常数为0.0820MJ/（m2·min）；ρ为日地距离系数，通过式2-26计算，无量纲；φ为地理纬度（rad）；δ为太阳赤纬（rad），通过式2-20计算；ω0为日出、日落时角（rad）。
7.月太阳总辐射量
将一个月每天的日太阳总辐射量加和就可以得到月太阳总辐射量，用式（2-33）计算月太阳总辐射量，即
式中，Qn为日天文太阳总辐射[MJ/（m2·d）]；T为时间周期为24×60min·d-1；I0为太阳常数为0.0820MJ/（m2·min）；ρ为日地距离系数，通过式2-26计算，无量纲；φ为地理纬度（rad）；δ为太阳赤纬（rad），通过式2-20计算；ω0为日出、日落时角（rad）。
7.月太阳总辐射量
将一个月每天的日太阳总辐射量加和就可以得到月太阳总辐射量，用式（2-33）计算月太阳总辐射量，即
式中，QM为计算地点月天文太阳总辐射[MJ/（m2·d）]；Qd为观测地点日太阳总辐射量观测值[MJ/（m2·d）]；M为计算月的天数，如1月为31天。
对于无太阳辐射观测的地点，可以选择最近的有太阳辐射观测的站点进行参考，建立经验公式对太阳总辐射量进行计算。其原理为线性回归和最小二乘法，具体推导读者可参见相关的文献，这里只给出其计算方法，见式（2-34）和（2-35）。
式中，QM为计算地点月天文太阳总辐射[MJ/（m2·d）]；Qd为观测地点日太阳总辐射量观测值[MJ/（m2·d）]；M为计算月的天数，如1月为31天。
对于无太阳辐射观测的地点，可以选择最近的有太阳辐射观测的站点进行参考，建立经验公式对太阳总辐射量进行计算。其原理为线性回归和最小二乘法，具体推导读者可参见相关的文献，这里只给出其计算方法，见式（2-34）和（2-35）。
式中，QM为计算地点月天文太阳总辐射[MJ/（m2·d）]；Q0为观测地点月太阳总辐射观测值[MJ/（m2·d）]；Qn为观测地点日太阳总辐射量观测值[MJ/（m2·d）]；M为计算月的天数，如1月为31天；S为月日照百分率，无量纲；a、b为利用最小二乘法计算求出的经验系数，无量纲，有
式中，QM为计算地点月天文太阳总辐射[MJ/（m2·d）]；Q0为观测地点月太阳总辐射观测值[MJ/（m2·d）]；Qn为观测地点日太阳总辐射量观测值[MJ/（m2·d）]；M为计算月的天数，如1月为31天；S为月日照百分率，无量纲；a、b为利用最小二乘法计算求出的经验系数，无量纲，有
式中，S1′i为参考站点的逐年月日照百分率，无量纲；S1′为参考点月日照百分率的平均值，无量纲；
为参考站点逐年月辐射总量与月天文辐射总量的比值，无量纲；y为参考站点逐年月辐射总量与月天文辐射总量的比值的平均值，无量纲；n为选取观测资料的年数，无量纲。
月日照百分率的计算式为
式中，S1′i为参考站点的逐年月日照百分率，无量纲；S1′为参考点月日照百分率的平均值，无量纲；
为参考站点逐年月辐射总量与月天文辐射总量的比值，无量纲；y为参考站点逐年月辐射总量与月天文辐射总量的比值的平均值，无量纲；n为选取观测资料的年数，无量纲。
月日照百分率的计算式为
式中，S为月实际日照时数（h）；TM为月可照时数。
8.年太阳总辐射量
将一年每个月的月太阳总辐射量加和就可以得到年太阳总辐射量，计算式见式（2-39）：
式中，S为月实际日照时数（h）；TM为月可照时数。
8.年太阳总辐射量
将一年每个月的月太阳总辐射量加和就可以得到年太阳总辐射量，计算式见式（2-39）：
式中，QY为计算地点年太阳总辐射[MJ/（m2·d）]；QM为计算地点逐月太阳总辐射量[MJ/（m2·d）]。
值得说明的是，我国1981年1月1日开始使用世界辐射测量基准（World Radiometric Reference，WRR）测量太阳能辐射，此前一直使用的是国际直接日射表标尺（International Pyrheliometric Scale，IPS）。在使用我国太阳能辐射量的统计资料前，要将IPS转换为WRR，其转换关系为
式中，QY为计算地点年太阳总辐射[MJ/（m2·d）]；QM为计算地点逐月太阳总辐射量[MJ/（m2·d）]。
值得说明的是，我国1981年1月1日开始使用世界辐射测量基准（World Radiometric Reference，WRR）测量太阳能辐射，此前一直使用的是国际直接日射表标尺（International Pyrheliometric Scale，IPS）。在使用我国太阳能辐射量的统计资料前，要将IPS转换为WRR，其转换关系为
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