CFD技術在暖通空調制冷工程中的實際運用

李艷寧

廣東美的制冷設備有限公司

CFD技術在暖通空調制冷工程中的實際運用

李艷寧

廣東美的制冷設備有限公司

暖通空調屬于一種特殊意義上的中央空調，可以說是分戶中央空調，與傳統空調相比，不僅能夠實現制冷或者制熱，還可以對室內空氣進行處理和凈化，對微小的灰塵顆粒進行清除，對細菌進行消毒，從而改善室內空氣質量，為人們提供一個相對舒適的環境。在暖通空調制冷工程中，應用CFD技術，能夠從根本上解決制冷不足的問題，而且具有成本低、速度快等優點，受到了相關技術人員的廣泛關注，本文將對CFD技術在暖通空調制冷工程中的應用進行研究分析。

CFD技術；暖通空調制冷工程；運用

CFD技術是一種成本較低、速度快以及資料完備的暖通技術通過實現對整體設計過程中性能的提升改善空調制冷效果不強問題，從而保障整體空調系統的最優化模式。不斷分析CFD技術，探討該技術在暖通空調制冷工程中的實際運用無疑具有重要的現實意義。

1 CFD技術特點

(1)數學模型組成特征：在CFD通用軟件中，數學模型的組成都是以納維爾.斯托克斯方程組以及各種湍流模型為主體，加上自由面流模型、多相流模型、非牛頓流模型以及燃燒與化學反應流模型等。離散的方法包括有限元素法和有限體積法，后者是當前技術條件下絕大多數CFD軟件采用的離散方法。(2)加速收斂技術：在暖通空調設計中，由于三維流動數值模型模擬的計算量非常巨大，因此CFD通用軟件需要盡可能采用相應的加速收斂技術來加快收斂速度，縮短計算周期，同時利用平行計算法，環節單機容量不足的問題。常用的加速收斂技術包括多層網格法、殘差光順法以及當地時間步長法等。(3)專用模塊：在實際應用中，為了能夠滿足不同用戶的使用需求，CFD技術中設置了大量的專用模塊，將其與軟件或者系統的專用版本相互結合在一起，可以實現對復雜流動的計算，對網格的自動生成，同時簡化邊界條件設置，減輕工作人員的工作量，同時也可以為計算結果的分析和處理提供相應的輔助工作，吸引用戶的目光。

2 CFD技術的應用范圍

CFD在建筑中的應用范圍可以簡單的概括為室內氣流模擬，室外氣流模擬和室內氣流兼室外氣流模擬。圍繞這個核心，當前很多CFD技術開始向多個方面、多個行業進行發展。它能做到一些通風空調設計方案優化及預測，包括很多建筑火災煙氣流動及防排煙系統也是通過CFD技術進行分析的。也就是說，當前CFD技術開始向各種以流動為基礎的工程問題方向發展，置換通風方式的數值模擬、潔凈室氣流分布的數值模擬等，氣固、液固多相流、非牛頓流、化學反應流、煤粉燃燒等等，這些暖通工程都是結合了CFD技術而實現的。室內空氣品質的相互影響過程的CFD分析以及冷庫庫房及制冷設備的CFD分析、高大空間氣流組織分析已經得到廣泛的應用。一些經濟實力雄厚的實體也見到了CFD應用軟件的巨大商機，空氣品質及建筑熱環境的CFD方法評價、預測等，紛紛介入。

3 CFD技術在暖通空調制冷工程中的實際運用

3.1 建立模型

模型的建立主要包括建立數學模型和物理模型，換而言之，就是通過數學的方式將所要研究的流體問題描述出來，由于暖通領域的流體問題能夠充分滿足連續性方程的要求，因此，可以運用能量方程和動量方程，通常情況下，人們更加傾向于利用不可壓流體的粘性流體流動的控制微方程隊同時，在暖通空調制冷工程中，由于其流體流動大多數情況下均屬于湍流流動，因此，應該適當運用湍流模型對流體的湍流流動情況進行模擬，只有這樣，才能夠完整的將所研究的問題描述出來，方便下一步的數值求解。

3.2 數值求解

在進行數值求解的過程當中，應該分為三大步驟進行。第一步：應該明確初始條件和邊界條件，因為只有明確了這兩大條件，才能夠充分保證所解方程有解。邊界條件指的是在求解區域的邊界上所求解的導數隨時間和地點的變化規律或變量。初始條件指的是所研究的對象在流動剛開始的時刻中每一個求解變量在空間上的具體分布情況。針對穩態問題，可以不用設定相確定初始條件，而針對瞬態問題，則必須預先明確初始條件。第二步：對計算網格進行合理劃分。計算網格主要包括兩種類型，即非結構網格和結構網格。從空間分布上來看，結構網格比非結構網格更加規范，比如，在一個四邊形區域內，在空間分布上，非結構網格并沒有明顯的列線和行線，而結構網格通常是成列和成行規范分布的。從目前的實際情況來看，各種CFD軟件均配置了生成網格的專門工具。第三步：建立離散方程并進行求解。通常情況下，相關人員在進行離散方程時往往會采用有限元法、有限差分法以及有限容積法等方法，可以通過這些有效方法對求解區域進行離散。

3.3 數值解的可視化處理

雖然前面已經通過運用CFD模擬技術計算出了空間流體的數值，但是，最終我們所得到的數值結果是以節點數值的形式存在的，因而大大增加了相關人員的工作難度，使得工作人員難以觀察結果數據，無法對結果數據進行有效地分析。從目前的實際情況來看，各種CFD軟件均出現了對CFD計算結果的后處理工序，通過CFD數據后處理之后所得到的數據便可以通過靜態的圖片將其顯示出來。

綜上所述，目前，在西方發達國家，CFD技術已經達到了一個非常成熟的階段，而且該技術在暖通空調制冷工程中的應用已經達到了一個實用化階段。但我國由于技術還計較落后，因而使得CDF技術等在暖通領域中的一些技術還無法與國際水平接軌。因此，為了充分適應國際化發展，相關人員必須不斷努力探索研究，不斷完善和改進現有技術，使CFD技術更加廣泛地應用于暖通空調制冷工程當中，為建筑行業的健康發展提供技術保障。

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