Ανάπτυξη αριθμητικού αλγορίθμου υπολογισμού προσπιπτώμενης ηλιακής ακτινοβολίας σε τρισδιάστατο στερεό σώμα.

Abstract

Στην εργασία αυτή έχει γίνει μια προσπάθεια ανάπτυξης αριθμητικού αλγορίθμου υπολογισμού της προσπιπτώμενης ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια στερεού σώματος. Στη συνέχεια γίνεται τριδιάστατη αναπαράσταση του υπολογισμού αυτού σε συνδυασμό με τον υπολογισμό των σκιαζόμενων επιφανειών στερεού σώματος από άλλα. Για την πραγματοποίηση αυτού του αλγορίθμου χρησιμοποιήθηκε η γλώσσα προγραμματισμού Visual Basic 6, σε συνδυασμό με την μηχανή παραγωγής τρισδιάστατων γραφικών 3d State. Αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας ήταν η δημιουργία του προγράμματος PHAETHON XPERIENCE. Η εργασία αποτελείται από τρία μέρη. Το πρώτο μέρος αποτελείται από τέσσερα κεφάλαια και περιέχει τα απαραίτητα θεωρητικά στοιχεία γύρω από τον χώρο της ηλιακής τεχνικής, τα οποία θα βοηθήσουν στην κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του λογισμικού που συνοδεύει την εργασία. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται η παρουσίαση και ανάλυση των αρχών της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας όπως επίσης και οι βασικοί νόμοι που τη διέπουν. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, δηλαδή η ηλιακή ακτινοβολία, η οποία είναι και αυτή που μας ενδιαφέρει στην εργασία αυτή. Το τρίτο κεφάλαιο αναφέρεται στην ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της γης, δηλαδή στην ακτινοβολία εντός της γήινης ατμόσφαιρας, η οποία είναι σε τελική ανάλυση αυτή που μπορεί να αξιοποιηθεί από τον άνθρωπο. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται η παρουσίαση και ανάλυση του μοντέλου υπολογισμού της ηλιακής ακτινοβολίας που χρησιμοποιείται στην μελέτη αυτή από τα υπολογιστικά προγράμματα που παρουσιάζονται στο δεύτερο μέρος.

Το δεύτερο μέρος αυτής της εργασίας αποτελείται από τα κεφάλαια πέντε έως επτά. Επικεντρώνεται αρχικά (Κεφάλαιο 5) στην ανάπτυξη του αριθμητικού αλγορίθμου υπολογισμού της προσπιπτώμενης ηλιακής ακτινοβολίας σε στερεό σώμα. Εδώ αναλύεται λεπτομερώς η πρώτη βασική λειτουργία του προγράμματος PHAETHON XPERIENCE, κατά την οποία το πρόγραμμα πραγματοποιεί υπολογισμούς της προσπιπτώμενης ηλιακής ακτινοβολίας χωρίς σκίαση σε ένα τρισδιάστατο μοντέλο που αναπαριστά ένα στερεό σώμα. Η λειτουργία αυτή του προγράμματος περιλαμβάνει και ένα επιπρόσθετο βήμα, τη δημιουργία ενός ενδιάμεσου αρχείου (Αρχείο εικονικού περιβάλλοντος wld), το οποίο χρησιμοποιείται στη συνέχεια από το πρόγραμμα για τη δεύτερη βασική λειτουργία του, που αναλύεται στο έκτο κεφάλαιο. Ο βασικός σκοπός της δεύτερης αυτής λειτουργίας είναι η τρισδιάστατη αναπαράσταση των στερεών σωμάτων - μοντέλων και ο υπολογισμός της σκιαζόμενης επιφάνειας ενός εκ των αντικειμένων που εισάγονται στο πρόγραμμα. Έπειτα στο κεφάλαιο επτά παρουσιάζεται μια εφαρμογή και καταγράφονται τα αποτελέσματα των μετρήσεων. Τέλος αναλύονται τα αποτελέσματα αυτά και παρουσιάζονται με πίνακες και τρισδιάστατες αναπαραστάσεις των μοντέλων. Από την παρούσα εργασία προκύπτουν κάποια χρήσιμα συμπεράσματα τα οποία αναλύονται στην τελευταία παράγραφο μαζί με προοπτικές και προτάσεις για πιθανή εξέλιξη αυτής της μελέτης. Το τρίτο μέρος της μελέτης αυτής περιέχεται στο συνοδευτικό cd. Αποτελείται από το λογισμικό, το οποίο ονομάζεται PHAETHON XPERIENCE. Στο cd αυτό υπάρχει επιπλέον και ένας μετατροπέας (converter) αρχείων τύπου neu σε αρχεία τύπου txt, με διάταξη των δεδομένων τους τέτοια ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αρχεία εισόδου από το PHAETHON XPERIENCE. Με άλλα λόγια τα αρχεία εισόδου είναι σε μορφή που περιγράφει μη δομημένο αριθμητικό πλέγμα, απαρτιζόμενο από τριγωνικές στοιχειώδεις επιφάνειες, η οποία χρησιμοποιείται από πολλά εμπορικά λογισμικά υπολογιστικής ρευστομηχανικής (CFD) όπως για παράδειγμα το Fluent. Τέλος στο συνοδευτικό cd συμπεριλαμβάνονται και τα αρχεία εισόδου της εφαρμογής που πραγματοποιήσαμε.