放射冷却 — CAE用語解説
放射冷却
輻射による冷却現象とCAE応用
放射冷却って夜に霜が降りるやつですよね？工業CAEで関係ありますか？
まさにそれが自然現象の代表例だ。工業では宇宙機の熱管理が最も重要な応用で、大気がない宇宙では太陽光吸収と輻射放熱のバランスだけで温度が決まる。衛星のサーマルコントロールパネルやラジエータの設計には輻射解析が必須だ。最近では電子機器向けの受動冷却材料（昼間でも冷える「昼間輻射冷却材料」）も研究が進んでいる。
放射冷却の解析では何を計算するんですか？
物体から放射される熱フラックスと、周囲環境（空や他の物体）から受け取る輻射の差し引きで温度変化を計算する。宇宙機の場合は太陽輻射フラックス（1361 W/m²）・地球からのアルベド・地球輻射の3成分を考慮する。吸収率αと放射率εの比（α/ε）が熱制御の設計変数で、黒体塗装や金蒸着テープで調整する。
昼間放射冷却材料とエネルギー
昼間でも冷える放射冷却材料って、どういう仕組みですか？
大気の放射透過窓（8〜13μm帯）を利用して、太陽光を反射しながら中赤外線で宇宙に向けて熱を放射する特殊コーティング材料だ。スタンフォード大学の研究グループが2017年頃から注目させた分野で、空調エネルギーを削減する「ゼロエネルギー冷却」として期待されている。CAEでは波長依存の放射率モデル（スペクトル輻射）が必要だ。
CAEツールでスペクトル輻射は計算できますか？
FLUENTのDO法ではGray（単波長）とNon-Gray（複数バンド）モードが選べて、スペクトル放射率の波長依存性を入力できる。COMSOLの熱輻射モジュールも対応している。スペクトル輻射の計算は通常の熱解析よりかなり計算コストが上がるため、重要な波長帯に絞ったバンド分割の設計が必要だよ。
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