CN117747029A - 确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟方法。该方法包括以下步骤：建立聚碳酸酯板辐射场仿真有限元模型；对聚碳酸酯板辐射场仿真有限元模型进行网格划分；定义聚碳酸酯板材料的光学属性以及所求解物理场的边界条件；确定辐射传输方程的形式，设定离散辐射模型参数，利用求解器求解辐射传输方程，得到模拟结果；进行模拟结果的后处理，求得多壁聚碳酸酯板的透射率、反射率和吸收率。该数值模拟方法能够为多壁聚碳酸酯板的光学特性提供数值模拟，克服实验研究的局限性，有效指导不同应用场景下的进一步设计和优化。

Description

确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟方法

技术领域

本发明属于建筑可持续利用技术领域，特别是确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟方法。

背景技术

聚碳酸酯是5大通用工程塑料中唯一具有良好透明性的热塑性工程塑料，所制造的聚碳酸酯板重量轻，透光性好、隔热隔声性强，结构强度高，价格低廉，可作为玻璃的良好替代品。聚碳酸酯板可应用于立面、室内或屋顶，可减少人工采光的需求，已广泛应用于阳光房、温室、具备采光需求的大型建筑以及太阳能光伏光热领域，在建筑节能领域有着巨大的应用潜力。

多壁聚碳酸酯板通常通过方格、田字格、蜂窝格等结构将两层或多层板材叠加在一起，各层板材之间形成空腔，有利于隔热、隔声、并提高强度。然而，这种层叠的且带有垂直支撑空腔的透光结构的辐射传输现象较为复杂，外部光源经过该结构时将发生多次反射、折射和吸收，因此如何准确评估多壁聚碳酸酯板的光学特性是一个难题。

另外，有研究指出，聚碳酸酯板的实际透射率通常低于制造商所宣称的数值。例如，一种三层双腔聚碳酸酯板据称可见光透射率为88％，但实验室测试的结果显示其法向可见光透光率仅为72％。这表明实际应用中，多壁聚碳酸酯板的透光特性表征仍不够准确，缺乏足够的支撑数据。特别是在对温室、阳光房等透光结构占比较高的建筑进行能耗模拟时，直接使用高估的光学参数可能会给能耗的准确评估带来困难。

针对目前多壁聚碳酸酯板光学特性评估的难题，研究者们试图通过实验方式进行探究。当前，用于测试聚碳酸酯板透光性能的实验方法包括以下三种：分光光度计法、大口径积分球法、实地测试法。1)分光光度计法，通常使用分光光度计测量300-2500nm范围内5nm分辨率的能量强度，以测量单层聚碳酸酯板的反射率和透射率，但不适用于复杂透光构件的表征；2)大口径积分球法，使用直径为75厘米的积分球、氙灯、阵列光谱仪和检测器，氙灯作为入射光源，样品设置在中间，阵列光谱仪和检测器根据测试模式放置于积分球内、样本后侧。透射模式下可测定0、30、45、60°角度下的透射率，反射模式则只可测量法相入射的反射率。然而，在角度测定方面仍有许多限制；3)实地测试法，是在外界环境下使用两台全光谱辐射仪，一台测定入射的太阳辐射通量，一台测定经过板材阻挡后的太阳通量，通过比较两者的差异求得板材的透射率。这种测定方式易受外界环境的影响，且太阳光的散射比例难以准确获取，结果误差会较大。

根据上述，仅有大口径积分球法在实验测试中可以获得构件较准确的光学表征。然而，该方法的限制也非常明显：1)角度测量受限，分辨率不足，最大入射角不能超过60°；2)不同几何参数的多壁聚碳酸酯板样品试制成本高，且难以保证一致性。进一步设计和优化需要大量样本数据的支撑。因此，需要数值模拟方法来提供更全面的见解。此外，数值模拟还可以提供板材内详细的物理场分布，以详细分析机制；更可以灵活的改变参数，以需求更佳的设计方案。经过对现有技术的检索，尚未有针对多壁聚碳酸酯板光学特性的数值模拟方法专利。对于聚碳酸酯板内物理场的描述，特别是辐射场，以及对应的数值模拟方法，仍需要提出。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟，所述方法包括以下步骤：

步骤1，建立聚碳酸酯板辐射场仿真有限元模型；

步骤2，对聚碳酸酯板辐射场仿真有限元模型进行网格划分；

步骤3，定义聚碳酸酯板材料的光学属性以及所求解辐射场的边界条件；

步骤4，确定辐射传输方程的形式，设定离散辐射模型参数，利用求解器求解辐射传输方程，得到模拟结果；

步骤5，进行模拟结果的后处理，求得多壁聚碳酸酯板的透射率、反射率和吸收率。

进一步地，步骤1所述建立聚碳酸酯板辐射场仿真有限元模型，具体包括：

步骤1-1，绘制单个多壁聚碳酸酯板单元，包括多壁聚碳酸酯板框架和空腔空气；

步骤1-2，通过阵列的方式组合多个多壁聚碳酸酯板单元，形成多壁聚碳酸酯板计算域，并在多壁聚碳酸酯板的两侧绘制空气域；

步骤1-3，以多壁聚碳酸酯板内壁面交界处的壁面做切分，对计算域进行分块处理，划分成若干子区域，这些子区域之间共享拓扑。

进一步地，所述多壁聚碳酸酯板框架包括两侧水平外壁，以及支撑两侧外壁的内壁，所述内壁的厚度小于外壁的厚度。

进一步地，步骤1-1中所述多壁聚碳酸酯板框架需以实体的方式绘制。

进一步地，步骤2中采用结构化正六面体网格进行划分。

进一步地，步骤3中聚碳酸酯板的光学材料属性包括各波段的折射率和吸收系数。

进一步地，步骤3中所述边界条件，包括外边界条件和内部边界条件；所述外边界条件包括入射辐射边界条件、出射边界条件和对称边界条件；所述内部边界条件包括板材及空腔内部交界面；上述所有边界均根据不同波段进行设定；所述入射辐射边界条件包括入射辐射强度和入射角度；所述出射边界条件设定为全吸收；所述对称边界条件定义为全反射，以表征相邻单元的外部入射情况；所述板材及空腔内部交界面设定为透明。

进一步地，步骤4具体包括：

步骤4-1，确定辐射传输方程形式和离散方法

(1)对于某特定波段λ_i，所述辐射传输方程为：

该方程从左至右每一项分别表示入射辐射强度、吸收和散射引起的辐射损耗、吸收辐射和组合散射辐射的变化率；

式中，是吸收系数，/>是散射系数，/>为折射率，σ_s为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，Ω′是立体角；/>是散射相位函数，/>代表从某方向/>散射到方向/>的概率；下标i是对应波段的序号；/>是波段λ_i中位置/>上每个方向/>的总辐射强度，/>是波段λ_i中位置/>上每个方向/>的总辐射强度；

所有波段位置上每个方向/>的总辐射强度/>为：

式中，Δλ_i是波段λ_i占所有波段的能量比例；

(2)离散化方法采用角离散化方法

步骤4-2，基于角离散化方法，利用求解器求解辐射传输方程，并在辐射变量的残差达到10E-4后停止计算。

进一步地，步骤4-1中，对于介质A和介质B两个半透明介质的交界面处，反射、透射的能量比例与介质A和介质B的折射率和入射角有关；

在交界面处的反射辐射有漫反射和镜面反射两种情况；设定介质A的折射率大于介质B的折射率，当辐射从介质A向介质B传播时，反射辐射的能量比例表示为：

其中，n_a和n_b分别是介质A和介质B的折射率；入射角θ_a和折射角θ_b分别由斯涅尔定律给出：

sinθ_b＝n_a/n_bsinθ_a

当辐射从介质B向介质A传播时，存在布儒斯特角θ_c，当入射角大于θ_c时，会发生全反射，即透射率为0。

进一步地，步骤5所述进行模拟结果的后处理，求得多壁聚碳酸酯板的透射率、反射率和吸收率，具体包括：

通过表面积分量后处理得到透射辐射、反射辐射和吸收辐射，这里定义如下两个表面：

表面1：多壁聚碳酸酯板最上层的表面，直接与外界环境接触；

表面2：多壁聚碳酸酯板最下层的表面，直接与室内环境接触；

区分所述表面1、表面2对应不同法向方向的积分值；定义+z为指向外界环境方向，-z为指向室内环境方向；

(1)透射率、反射率和吸收率通过上述表面和对应法向方向的透射辐射和反射辐射积分值的比值获得；

对于波段λ_i，透射率T_i由下式获得：

其中，Q_i,in是波段λ_i的总入射辐射，其值由表面1的入射辐射和表面1的一次反射辐射组成；表面1的入射辐射为表面1沿-z方向的透射辐射通量表面1的一次反射辐射为表面1沿+z方向的反射辐射通量/>因此有：

Q_i,out是波段λ_i的透射辐射，该值由表面2的透射辐射决定；

(2)对于波段λ_i，反射率R_i通过总反射辐射和总入射辐射的比值获得，即：

其中，Q_i,re是波段λ_i的总反射辐射，其值由表面1的二次反射辐射和表面1的一次反射辐射组成；其中表面1的二次反射辐射为表面1沿+z方向的透射辐射通量即：

(3)通过下式得到吸收率A_i：

A_i＝1-T_i-R_i。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)本方法基于数值模拟方法，可预测多种参数的多壁聚碳酸酯板的辐射场，进而可以得到与角度相关的透射率等参数。相比之下，实验需要依赖于昂贵的实验器材，且样品难以保证统一性。本数值模拟相比于实验方法，成本低，计算精度高。

(2)本方法是基于三维模拟进行的，而多壁聚碳酸酯板在三维内的特征是各项异性，因此本方法可以准确预测多壁聚碳酸酯板在高度角、方位角两个维度下的角度依赖性，解决了目前角度依赖性仅考虑高度角的限制。

(3)本方法可以方便的调用参数化，对多壁聚碳酸酯板的几何参数、光学参数可以进行进一步分析。后续可以将多壁聚碳酸酯板作为框架，在空腔内部填充相变材料、气凝胶材料等热点研究材料，进一步扩大多壁聚碳酸酯板的应用空间。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为一个实施例中多壁聚碳酸酯板数值模拟方法的工作流程图。

图2为一个实施例中三壁双腔聚碳酸酯板剖面图。

图3为一个实施例中三壁双腔聚碳酸酯板的三维模型示意图。

图4为一个实施例中三壁双腔聚碳酸酯板的网格划分示意图。

图5为一个实施例中三壁双腔聚碳酸酯板在可见光波段的辐射强度云图。

图6为一个实施例中三壁双腔聚碳酸酯板在近红外波段的辐射强度云图。

图7为一个实施例中三壁双腔聚碳酸酯板透射率随入射角度的变化图。

图8为一个实施例中三壁双腔聚碳酸酯板吸收率随入射角度的变化图.

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

在一个实施例中，本发明提供了一种确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟方法，用于求解多壁聚碳酸酯板等建筑采光结构内部的辐射场，并通过后处理得到透射率、反射率和吸收率。该数值模拟方法可为建筑工业设计、优化和生产多壁聚碳酸酯板提供数据支撑，并为多壁聚碳酸酯板的科学推广应用提供了保证。

该数值模拟方法包括五个部分：模型建立，网格划分、物性参数及边界条件设定、后处理。首先，利用三维建模软件建立物理模型，并将其导入网格划分软件进行网格划分。在求解阶段，确定多壁聚碳酸酯板辐射场的控制方程，设定对应的边界条件和模型参数，随后进行迭代求解计算。在后处理阶段，通过分析对应表面不同类型的辐射通量，处理得到透射率、吸收率、反射率。该发明主要用于优化和改进多壁聚碳酸酯板的设计。

图1展示了该数值模拟方法的流程图。下面进行进一步说明：

1、多壁聚碳酸酯板物理模型的建立

利用三维绘图软件建立多壁聚碳酸酯板的物理模型。以市面常见的三壁双腔聚碳酸酯板为例，该板材总厚度为40mm，两侧聚碳酸酯盖板厚度为1mm，内部聚碳酸酯支撑壁厚度为0.4mm，单个空腔高度为19.8mm，宽度为30mm。由于模型过大会导致不必要的计算量，因此所计算的多壁聚碳酸酯板采用横向12个单元的阵列排布，总宽度为395.2mm，计算选用的长度为400mm。在聚碳酸酯板内外两侧绘制高度30mm的空气层，以表征空气中的辐射传输以及空气与聚碳酸酯板交界面的反射、折射现象

2、聚碳酸酯板辐射场仿真有限元模型的网格划分；

参见图3，对三壁双腔聚碳酸酯板，进行了网格划分，采用结构化六面体网格以提高数值计算效率。具体网格划分过程如下：1)导入三壁双腔聚碳酸酯板物理模型；2)设定网格的疏密程度，采用六面体网格划分；3)检查网格质量；4)导出网格，供求解器读取计算。

3、定义聚碳酸酯板的光学材料属性以及所求解物理场的边界条件；

辐射传输主要描述太阳波段内的辐射传输现象。所定义的聚碳酸酯板光学参数包括太阳波段(0.38-2.9μm)内的折射率，吸收系数。对于聚碳酸酯材料，吸收系数在可见光波段(0.38-0.76μm)和近红外波段(0.76-2.9μm)差异较大，因此分别设定可见光波段和近红外波段内的折射率和吸收系数。当然，根据精度需求，可以将太阳波段进一步划分为若干个波段，以获得更准确的结果。折射率、吸收系数采用波段内的积分平均值。材料的参数如表所示。

据此，定义了聚碳酸酯板和空气的光学参数，包括可见光波段和近红外波段的折射率和吸收系数。

针对不同波段，设置了对应的边界条件：1)入射辐射边界条件包括入射辐射的强度和角度；2)板材及空腔内部交界面采用透明交界面；3)出射边界条件设定为全吸收，防止二次反射；4)对称边界条件用于定义板材及空腔的外边界，使其呈现全反射特性，以反映相邻单元的外部入射情况。

光线在不同透光介质的交界处会产生反射、透射和折射现象。反射和透射的比例，以及折射的角度，取决于两介质的折射率。

针对上部的入射边界条件，入射辐射全部视为直接辐射，忽略来自环境的散射入射，并且入射方向为板材的法向方向。由于目标函数的透射率、反射率和吸收率都是无量纲的数值，因此可以任意选取入射辐射的值。为了和实际情况尽量保证一致，本例中可见光波段和近红外波段的辐射能量与AM1.5G标准太阳辐射强度保持一致。

4、确定离散辐射模型的控制方程，利用求解器求解辐射传输方程；

对于某特定波段λ_i，辐射传输方程为：

该方程从左至右每一项分别表示入射辐射强度、吸收和散射引起的辐射损耗、吸收辐射和组合散射辐射的变化率；

其中，是吸收系数，/>是散射系数，/>为折射率，σ_s为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，值为5.67*10E-8W/(m².K)，Ω′是立体角；/>是散射相位函数，/>代表从某方向/>散射到方向/>的概率；下标i是对应波段的序号；/>是波段λ_i中位置/>上每个方向/>的总辐射强度，/>是波段λ_i中位置/>上每个方向/>的总辐射强度；

所有波段位置上每个方向/>的总辐射强度/>为：

式中，Δλ_i是波段λ_i占所有波段的能量比例；

特别地，边界处辐射的角度相关性处理：对于半透明介质A和介质B的交界面处，反射、透射的能量比例与介质A和介质B的折射率和入射角有关。在交界面处的反射辐射有漫反射和镜面反射两种情况。假定介质A的折射率大于介质B的折射率。当辐射从介质A向介质B传播时，反射辐射的能量比例可以表示为：

其中，n_a和n_b分别是介质A和介质B的折射率。入射角θ_a和折射角θ_b分别由斯涅尔定律给出：

sinθ_b＝n_a/n_bsinθ_a

当辐射从介质B向介质A传播时，存在布儒斯特角θ_c。当入射角大于θ_c时，会发生全反射，即透射率为0。布儒斯特角θ_c由下式表示：

θ_c＝arcsin(n_a/n_b)

最后，在空间辐射的立体角需要进行角度离散化，来求解空间中的辐射传输方程。将每个八等分的方向细分为一组离散的控制角。这些角度包括高度角和方位角，根据全球笛卡尔坐标系进行测量，且高度角和方位角的范围通常是恒定的。在三维计算中，需要计算更多的方向，以满足精度需求。对于本数值方法中的模型，采用15×15的离散精度对每个八等分方向进行离散化。

完成上述模型设置后，需要在求解器中进行参数设置，包括选择离散形式、设置欠松弛因子、初始化场变量和激活监视变量。监视变量包括透射率和吸收率。

设置完求解器后进行迭代计算。在本实例中，迭代次数设置为150，设定离散辐射的残差收敛标准为10E-4。一般情况下，在迭代100步后，透射率和吸收率的残差变化均小于10E-3，此时离散辐射的残差小于10E-4，可视为收敛。

5、对计算结果进行后处理

为了准确通过表面积分量后处理得到透射辐射、反射辐射和吸收辐射，需要定义如下两个表面：

表面1：多壁聚碳酸酯板最上层的表面，直接与外界环境接触；

表面2：多壁聚碳酸酯板最下层的表面，直接与室内环境接触；

此外，区分表面1、表面2对应不同法向方向的积分值。定义+z为指向外界环境方向，-z为指向室内环境方向。

表面与方向的定义详见图2。

透射率、反射率和吸收率通过上述表面和对应法向方向的透射辐射和反射辐射积分值的比值获得。

对于波段λ_i，透射率T_i由下式获得：

其中，Q_i,in是波段λ_i的总入射辐射，其值由表面1的入射辐射和表面1的一次反射辐射组成。表面1的入射辐射为表面1沿-z方向的透射辐射通量表面1的一次反射辐射为表面1沿+z方向的反射辐射通量/>因此有：

Q_i,out是波段λ_i的透射辐射，该值由表面2的透射辐射决定。

对于波段λ_i，反射率R_i通过总反射辐射和总入射辐射的比值获得，即：

其中，Q_i,re是波段λ_i的总反射辐射，其值由表面1的二次反射辐射和表面1的一次反射辐射组成。其中表面1的二次反射辐射为表面1沿+z方向的透射辐射通量即：

得到各波段的透射率、反射率后，通过下式得到吸收率A_i：

A_i＝1-T_i-R_i

图5、图6分别为多壁聚碳酸酯板横截面的可见光波段、近红外波段辐射场。辐射场是辐照度的场，辐照度是一个体积量，定义为在指定方向上的单位立体角和垂直此方向的单位面积上的辐射通量。该数值不具备实际意义，但可作为空间内辐射强度的对比。对比图3，可知可见光波段和近红外波段的辐射强度均随着透过结构的增加而逐渐降低。

图7列举了多壁聚碳酸酯板可见光波段透射率随高度角的变化图。在0°-45°高度角的范围内，透射率以较为平缓的趋势下降，从0.72下降至0.66；在高度角大于45度时，透射率迅速降低，并在接近90度时趋于零。图8列举了多壁聚碳酸酯板可见光波段吸收率随高度角的变化图。整体而言，透射率整体表现为随入射角的增加而增加，从0.0233增加至0.0467。这表明透射率、吸收率等特征的角度依赖性均可以通过步骤5获得。

以上结果表明，该数值模拟方法可较为准确地表征多壁聚碳酸酯板的辐射场，同时可通过后处理得到透射率等参数。

在一个实施例中，提供了一种确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟系统，所述系统包括：

第一模块，用于建立聚碳酸酯板辐射场仿真有限元模型；

第二模块，用于对聚碳酸酯板辐射场仿真有限元模型进行网格划分；

第三模块，用于定义聚碳酸酯板的光学材料属性以及所求解物理场的边界条件；

第四模块，用于确定辐射传输方程的形式，设定离散辐射模型参数，利用求解器求解辐射传输方程，得到模拟结果；

第五模块，用于进行模拟结果的后处理，求得多壁聚碳酸酯板的透射率、反射率和吸收率。

本发明旨在通过数值模拟方法得到多壁聚碳酸酯板的辐射场，为理解其辐射传输特性提供支撑，为设计提供良好的指导。该发明提出了适用于多壁聚碳酸酯板的数值模拟方法，为目前昂贵的实验测试提供了可行的替代思路，为多壁聚碳酸酯板光学特性提供了全面可靠的建模方法。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，建立聚碳酸酯板辐射场仿真有限元模型；

步骤2，对聚碳酸酯板辐射场仿真有限元模型进行网格划分；

步骤3，定义聚碳酸酯板材料的光学属性以及所求解辐射场的边界条件；

步骤4，确定辐射传输方程的形式，设定离散辐射模型参数，利用求解器求解辐射传输方程，得到模拟结果；

步骤5，进行模拟结果的后处理，求得多壁聚碳酸酯板的透射率、反射率和吸收率。

2.根据权利要求1所述的确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟方法，其特征在于，步骤1所述建立聚碳酸酯板辐射场仿真有限元模型，具体包括：

步骤1-1，绘制单个多壁聚碳酸酯板单元，包括多壁聚碳酸酯板框架和空腔空气；

步骤1-2，通过阵列的方式组合多个多壁聚碳酸酯板单元，形成多壁聚碳酸酯板计算域，并在多壁聚碳酸酯板的两侧绘制空气域；

步骤1-3，以多壁聚碳酸酯板内壁面交界处的壁面做切分，对计算域进行分块处理，划分成若干子区域，这些子区域之间共享拓扑。

3.根据权利要求2所述的确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟方法，其特征在于，所述多壁聚碳酸酯板框架包括两侧水平外壁，以及支撑两侧外壁的内壁，所述内壁的厚度小于外壁的厚度。

4.根据权利要求2所述的确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟方法，其特征在于，步骤1-1中所述多壁聚碳酸酯板框架需以实体的方式绘制。

5.根据权利要求1所述的确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟方法，其特征在于，步骤2中采用结构化正六面体网格进行划分。

6.根据权利要求1所述的确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟方法，其特征在于，步骤3中聚碳酸酯板的光学材料属性包括各波段的折射率和吸收系数。

7.根据权利要求1所述的确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟方法，其特征在于，步骤3中所述边界条件，包括外边界条件和内部边界条件；所述外边界条件包括入射辐射边界条件、出射边界条件和对称边界条件；所述内部边界条件包括板材及空腔内部交界面；上述所有边界均根据不同波段进行设定；所述入射辐射边界条件包括入射辐射强度和入射角度；所述出射边界条件设定为全吸收；所述对称边界条件定义为全反射，以表征相邻单元的外部入射情况；所述板材及空腔内部交界面设定为透明。

8.根据权利要求1所述的确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟方法，其特征在于，步骤4具体包括：

步骤4-1，确定辐射传输方程形式和离散方法

(1)对于某特定波段λ_i，所述辐射传输方程为：

该方程从左至右每一项分别表示入射辐射强度、吸收和散射引起的辐射损耗、吸收辐射和组合散射辐射的变化率；

式中，是吸收系数，/>是散射系数，/>为折射率，σ_s为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，Ω′是立体角；/>是散射相位函数，/>代表从某方向/>散射到方向/>的概率；下标i是对应波段的序号；/>是波段λi中位置/>上每个方向/>的总辐射强度，/>是波段λi中位置/>上每个方向/>的总辐射强度；下标i是对应波段的序号；

所有波段位置上每个方向/>的总辐射强度/>为：

式中，Δλ_i是波段λ_i占所有波段的能量比例；

(2)离散化方法采用角离散化方法

步骤4-2，基于角离散化方法，利用求解器求解辐射传输方程，并在辐射变量的残差达到10E-4后停止计算。

9.根据权利要求8所述的确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟方法，其特征在于，步骤4-1中，对于介质A和介质B两个半透明介质的交界面处，反射、透射的能量比例与介质A和介质B的折射率和入射角有关；

设定介质A的折射率大于介质B的折射率，当辐射从介质A向介质B传播时，反射辐射的能量比例表示为：

其中，n_a和n_b分别是介质A和介质B的折射率；入射角θ_a和折射角θ_b分别由斯涅尔定律给出：

sinθ_b＝n_a/n_bsinθ_a

当辐射从介质B向介质A传播时，存在布儒斯特角θ_c，当入射角大于θ_c时，会发生全反射，即透射率为0。

10.根据权利要求1所述的确定多壁聚碳酸酯板透光结构光学特性的数值模拟方法，其特征在于，步骤5所述进行模拟结果的后处理，求得多壁聚碳酸酯板的透射率、反射率和吸收率，具体包括：

通过表面积分量后处理得到透射辐射、反射辐射和吸收辐射，这里定义如下两个表面：

表面1：多壁聚碳酸酯板最上层的表面，直接与外界环境接触；

表面2：多壁聚碳酸酯板最下层的表面，直接与室内环境接触；

区分所述表面1、表面2对应不同法向方向的积分值；定义+z为指向外界环境方向，-z为指向室内环境方向；

(1)透射率、反射率和吸收率通过上述表面和对应法向方向的透射辐射和反射辐射积分值的比值获得；

对于波段λ_i，透射率T_i由下式获得：

其中，Q_i,in是波段λ_i的总入射辐射，其值由表面1的入射辐射和表面1的一次反射辐射组成；表面1的入射辐射为表面1沿-z方向的透射辐射通量表面1的一次反射辐射为表面1沿+z方向的反射辐射通量/>因此有：

Q_i,out是波段λ_i的透射辐射，该值由表面2的透射辐射决定；

(2)对于波段λ_i，反射率R_i通过总反射辐射和总入射辐射的比值获得，即：

其中，Q_i,re是波段λ_i的总反射辐射，其值由表面1的二次反射辐射和表面1的一次反射辐射组成；其中表面1的二次反射辐射为表面1沿+z方向的透射辐射通量即：

(3)通过下式得到吸收率A_i：

A_i＝1-T_i-R_i。