LuENT在暖通空調領域中的應用分析

王廣超

【摘要】自從我國實行改革開放以來，老百姓的生活層次在逐年提高，對居住生活環境的要求也越來越高，因此高速推動了暖通空調行業的進步。暖通空調已經成為現代人們提高生活質量必不可少的用具之一，明顯改善了人們的居住環境。暖通空調制造企業通過不斷地改良創新空調的功能來面對激烈的空調競爭現狀，最近幾年，暖通空調生產企業使用最廣泛的軟件便是LUENT。本文作者就圍繞LUENT軟件的一些應用性能及具體應用進行論述。

【關鍵詞】暖通空調;LUENT;CFD技術;應用

LUENT軟件是一款應用性特別強的商用CFD軟件，下面就LUENT軟件在暖通空調方面的利用狀況，以常見的壁掛式空調的氣體流動情況研究，用此軟件虛擬化研究室內的溫度變化。

一、CFD技術在暖通空調中的應用

CFD技術是上世紀發展起來的一款用于土木工程、機械建筑等領域用來計算流體動力的商品化軟件，該技術軟件的主要數學模型是多種類型的湍流模型以及納維一斯托克斯方程組，還需要用到非牛頓流體模型、多相流模型以及自由面模型等。CFD技術在暖通空調方面的應用革新了原始的產品開發過程中出現的弊端，原始的研發工作主要依靠研發人員的多年工作經驗，浪費了研發經費和研究周期。而CFD歡件能精準的預示流體物品的完整性能，而且可以精準的測定流體流動的整個過程，比如濃度場、壓力場、溫度場分散的變化特征，更能輕易地找出產品工藝中的缺陷并根據缺陷重新評估計算提出對應的解決方案。此外CFD軟件配備的前處理功能可以影響計算的準確性和精密性。因此，應用CFD技術可以明顯減少對操作實驗和技術經驗的依賴，使得研發周期明顯縮短，研發經費明顯減少。為滿足人們對房間內環境的氣流、溫濕度等要求以及對這些數據的科學控制，在設計空調時，設備的選材一定要以經濟技術合理為目的。CFD能仔細的分析房間內立體的氣流流動特征，因此CFD技術在暖通空調方面發展非常快速，很多先進國家已經將此項技術應用的爐火純青，特別是在美國，CFD技術已經作為經典的技術軟件進行推廣應用。

二、LUENT軟件的主要特點、求解問題

第一、LUENT軟件的主要特點。網格生成（前處理）與流動顯示（后處理）模塊以及計算器是FLUENT欽件的主要組成部分，計算器作為本軟件的重中之重通過使用偶合法、壓力校正法以及有限體積法離散方程進行計算GAMBIT是CFD技術軟件特有的的前處理系統，可以將二維流動處理成長方形和三角形網格，也可以將三維流動處理成六面體、金字塔和三角柱等結構，本軟件還可以根據具體的計算要求生成混合形式的網格并能進行細化或者合并。此外FLUENT軟件之所以在三維顯示功能技術領先是因為采用了Barth-與Jerpersen的二階上風格式，而且所有的計算過程可以使用動畫的形式演示出來。Fluent使用了重復網格增加方法和多種計算途徑來模擬從不能被壓縮到能高度壓縮范圍內的復雜流動，使得該技術將計算精確度和收斂速度達到最佳。

第二、luent程序可以解決的問題。luent軟件可以解決的問題非常的多，使得其在各個領域的使用非常廣泛。主要范圍如下：（1）一維熱交換器性能計算;（2）牛頓流體及非牛頓流體;（3）穩態和瞬態流動問題;（4）慣性坐標系和非慣性坐標系下的流動問題模擬;（5）復雜表面形狀下的自由面流動問題;（6）導熱與對流換熱耦合問題;（7）可壓縮與不可壓縮流動問題;（8）無黏流，層流及湍流問題;（9）兩相流問題;（10）輻射換熱;（11）用LagTangian軌道模型模擬稀疏相;（12）對流換熱問題。

三、LUENT在暖通空調領域中的具體運用

第一、在換熱設備中的模擬管殼式換熱器。管殼式換熱器由于工藝成熟和結構簡易等特點被大量適用于各個行業。到目前為止，管殼式換熱器殼程的整體分析在實際應用中已經得到了人們的肯定，并且取得了很大的經濟效益，為很多行業的發展做出了貢獻。使用變間距翅片構造改進換熱器后，換熱器的工作性提升了很多。管間距會較大的影響翅片管換熱器性能，可以實現節能減排的目標。

第二、LUENT技術的具體使用步驟是①確定邊界尺寸;②確定邊界類型;③生成網格;④輸入邊界條件;⑤ILUENT主程序解析;⑥計算結果可視化。下面就用具體的實例進行說明。

（1）建立模型。我們以最常見的掛式空調原始數據為例，原始參數設定如下：

幾何尺寸：250mm×770mm×160mm;出風溫度：制熱40攝氏度;制冷15攝氏度;制冷（熱）量：2600W;出風角度.-45度;出風速度：強風出風8m/s。

（2）為使實驗成果能更符合實際情況，我們就需要建立適合室內一定的原始數據，將本身不會散熱并坐著的人體模型置于長6m、寬5m、高4m的立體房間模型中間，然后將空調安裝于模型房間內較狹窄的地方，房間內不能放置任何熱源裝置。與此同時，房間每個面的墻都必須隔熱，剛開始制冷時的溫度為7攝氏度，空調制冷時房間內的初始溫度設定為32攝氏度。模型使用系統內的計算生成網格，采用整體的連續不斷的網格結構，最終得到網格數為42000，然后使用湍流模型等與之相關的計算方法列出方程組，最后計算出模型的數據。

（3）計算結果。通過結果分析，由于室內熱空氣的密度要小于冷空氣。使得冷空氣下降而熱空氣上升，從而出現房間內上部溫度上升的速度快于下部，導致人體模型自上而下出現溫度差異，模型的頭部溫度明顯高于腳部。房間內的這種升溫不同步現象會給人的身體帶來不適感。盡管一開始空調會使室內的溫度差比較大，但是伴隨著空調開放時間的變長，人體溫度的差異會慢慢減少，當最終達到平衡時，人體腳步的溫度會比頭部溫度低大約1攝氏度，這種結果完全符合國際上規定的人體舒適度規定的條件。

綜上所述，此文論述了CFD技術在暖通空調方面的重要應用，并講解了CFD技術中最重要的LUENT的特征，最后舉例說明了LUENT軟件在暖通空調領域中的使用過程。由此可知，LUENT軟件技術在工程領域、科技研發的商業領域占有很大的地位，最主要的是在暖通方面的計算和分析，不僅僅有利于系統研發人員更好的確定參數以提高工作效率，更提升了暖通空調系統的計算形式，還縮短了研發時間，是一款非常值得推廣的一款技術軟件。