CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中應(yīng)用研究

姜 騰

（棲霞市機(jī)關(guān)事務(wù)服務(wù)處，山東 棲霞 265300）

1 CFD技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)分析

CFD技術(shù)也稱之為計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，是在計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種數(shù)學(xué)模型。由于在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)學(xué)模型牽涉到大量的數(shù)字計(jì)算，CFD技術(shù)可通過(guò)其加速技術(shù)，簡(jiǎn)化其計(jì)算過(guò)程，提高計(jì)算的時(shí)間效率，從而提升整個(gè)工作效率。另外，為便于這種CFD技術(shù)更好地應(yīng)用于實(shí)踐，CFD技術(shù)內(nèi)部分成了多個(gè)不同的模塊，這些模塊有著不同的職責(zé)和明確的分工。其中，葉輪機(jī)械模塊，因具有自動(dòng)生成的功能，因而可利用用戶建筑內(nèi)部設(shè)備參數(shù)的不同，可實(shí)現(xiàn)3D網(wǎng)格的自動(dòng)化生成。

2 CFD技術(shù)的具體應(yīng)用分析

2.1 建立模型

建立模型具體包括了數(shù)學(xué)模型與物理模型的建立，也即是說(shuō)利用數(shù)學(xué)方式描述出將進(jìn)行研究的流體問(wèn)題，因暖通方面的流體問(wèn)題可以有效滿足連續(xù)性方程的要求，普遍采用不可壓流體的粘性流體流動(dòng)的控制微方程隊(duì)，同時(shí)，暖通空調(diào)制冷工程因?yàn)槠淞黧w流動(dòng)通常情況下都是湍流流動(dòng)，所以，應(yīng)根據(jù)需要對(duì)湍流模型進(jìn)行適當(dāng)運(yùn)用，來(lái)模擬流體的湍流流動(dòng)狀況，以此才可非常完整全面地描述出研究的具體問(wèn)題，并便于接下來(lái)的數(shù)值求解。

2.2 數(shù)值的求解

在具體應(yīng)用時(shí)，數(shù)值求解通常分為3個(gè)步驟。首先，明確初始條件和邊界條件。初始條件指的是研究對(duì)象流動(dòng)剛開(kāi)始時(shí)，在空間上其求解變量的分布情況，邊界條件指的是求解域邊界上所求解的導(dǎo)數(shù)，會(huì)隨著時(shí)間、地點(diǎn)的變化規(guī)律或變量。其次，對(duì)計(jì)算網(wǎng)格進(jìn)行劃分。為了合理性地劃分計(jì)算網(wǎng)格，主要包括結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相較于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，前者更加規(guī)范，根據(jù)目前CFD技術(shù)的具體應(yīng)用情況來(lái)看，大多數(shù)CDF軟件都有配置生成網(wǎng)格的特定工具。最后，離散方程建立和求解。可通過(guò)有限元法或有限差法的方法驅(qū)散求解區(qū)。

2.3 對(duì)數(shù)值解的可視化處理

通過(guò)CFD技術(shù)可對(duì)空間流體的數(shù)值予以求解出來(lái)，但其最后得到的數(shù)值結(jié)果，其存在形式是節(jié)點(diǎn)數(shù)值，這就在很大程度上加大了工作人員的工作難度，使其在對(duì)這些結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察時(shí)的難度非常大，這樣就無(wú)法從這些結(jié)果數(shù)據(jù)中保障其分析的準(zhǔn)確率。當(dāng)前，多種CFD軟件基本上都產(chǎn)生了對(duì)CFD計(jì)算結(jié)果的后處理工序，在完成了CFD數(shù)據(jù)后處理，其所得的數(shù)據(jù)即能夠以靜態(tài)圖片的方式顯示。

2.4 專用模塊

為了與各種用戶的使用需求保持一致，CFD技術(shù)中通過(guò)設(shè)置各種專用模塊，把其與軟件或系統(tǒng)的專用版本結(jié)合起來(lái)，其主要目的是可計(jì)算出復(fù)雜流動(dòng)，并自動(dòng)化地生成網(wǎng)格，對(duì)邊界條件的設(shè)置也可予以簡(jiǎn)化，大大提高了工作人員的工作效率與質(zhì)量。在CFD軟件的專用模塊中，其中最為關(guān)鍵性的一個(gè)功能即是網(wǎng)格的自動(dòng)化生成，可直接為客戶提供幾何參數(shù)，生成3D網(wǎng)格。

2.5 CDF技術(shù)在通風(fēng)空調(diào)房間的氣流組織設(shè)計(jì)

將CFD技術(shù)應(yīng)用于暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)中，可為工程設(shè)計(jì)提供更科學(xué)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考。CFD技術(shù)具有仿真模擬功能，能有效預(yù)測(cè)整個(gè)房間內(nèi)的氣流分布狀況，通過(guò)分析和研究這些數(shù)據(jù)，從而對(duì)暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)正常發(fā)揮作用可能的一些影響因素予以了解和掌握。

2.6 CDF技術(shù)在建筑外環(huán)境的分析設(shè)計(jì)

進(jìn)行建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，建筑的外環(huán)境會(huì)直接影響暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的通風(fēng)效果。因此，通過(guò)CFD技術(shù)的應(yīng)用，可全面分析和設(shè)計(jì)建筑的外環(huán)境，并同時(shí)對(duì)周邊的各種外環(huán)境如熱環(huán)境、二次風(fēng)等進(jìn)行關(guān)注，然后對(duì)暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化和完善，進(jìn)而即可提高這種暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)在CFD技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用時(shí)間并不長(zhǎng)，在技術(shù)方面還與發(fā)達(dá)國(guó)家存在一定差距，還有待進(jìn)一步提升和發(fā)展。因此，在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力日益激烈的形勢(shì)下，應(yīng)重視并采取措施提升我國(guó)的暖通空調(diào)制冷水平，不斷優(yōu)化CFD技術(shù)，使其應(yīng)用范圍和應(yīng)用能力更廣、更成熟。