CFD技術在暖通空調制冷工程中的應用

黃和

摘? ? 要：暖通空調我國將CFD技術和暖通領域加以結合開始也較早，經過一段時間的發展，現在也已經得到了一定的應用效果，雖然如此，但在當前的世界范圍內，CFD技術走在前列的國家則以美日歐為主，基礎技術已經有了較為豐富的結果，并且軟件行業也具有了一定的成熟性，但是總體上來說，如果想要其與暖通技術完成融合應該還需要較長時間。CFD就是通過計算機來計算流力動力，并且采用圖像來將其現實出來。這項技術可以作為流體方程來模擬計算整個控制參數，并通過熱和動量傳遞來針對燃燒等反應進行研究。

關鍵詞：CFD技術;暖通空調;制冷工程;應用

1? CFD技術在暖通空調制冷工程中的應用功能及原則

1.1? 應用的基本功能

CFD技術可以對流體流動的性質進行檢測，進而應用到暖通空調制冷方面，有利于優化設備的導熱、傳遞功能，能夠降低相關設備受到的外界壓力，減少變形情況的出現。因此，這對于暖通空調制冷技術的優化及作用的放大都十分有利，具有重要的應用價值。在暖通空調進行工作的各個環節，CFD技術可以利用其自身功能的協調運作，保持暖通空調的運行穩定性，通過其前端模塊、數據計算模塊以及后臺處理模塊，能夠促進高效性的提升。

1.2? 應用的基本原則

CFD技術的不同模塊在暖通空調制冷工作中發揮著不同的作用，在具體的應用中前端處理模塊十分重要，由于數據的計算所需信息是在前端形成，因此，在前端模塊會初步進行建模、數據錄入并且形成數據網格。同時，技術核心的運算功能不斷運轉，保持著對于數據的分析，然后將結果提供給CFD后臺模塊，方便其進行實際應用。可以發現，暖通空調對于CFD技術的應用應該有效的利用模塊、參數和周期的不同原則，只有這樣才可以優化自身的制冷效果，并且保持運轉的快捷高效。

2? CFD技術在暖通空調制冷工程中的應用范圍

CFD技術在暖通空調制冷工程中的應用，其主要的目的就是對空調制冷工程中的性能不足進行相應的改善，從而有效的提高空調制冷。CFD技術在暖通空調制冷工程中的應用范圍主要可以分為：通風空調房間氣流組織的設計、建筑外環境的設計、室內空氣的研究以及建筑設備的性能改進等這四個部分。

首先針對通風空調房間氣流組織的設計來說，CFD技術在目前已經被大量的運用在了暖通空調制冷工程當中，這樣不但有效的提升了工作的效率，而且也能夠對其中不足的地方進行相應的改善。因而在空調制冷的工程當中，一般情況下都是采用的CFD技術來預測對仿真空調的通風情況，同時這樣的方式，不但可以對空調內部造成破壞的因素進行相應的管理，而且還可以對初始條件出現的一系列的問題進行相應的檢測。從而就可以很好的掌握空調內部的氣流，同時設計出好的通風，提高暖通空調制冷的整體性能。

其次就是建筑環境分析，對于暖通空調制冷的效果來說，建筑的環境也是一個重要的影響因素，因此，就需要在建設的時候，強化對于二次通風的實用性。當然，可以通過使用CFD技術對建筑外部的通風流動情況進行一個相關的模擬，從而根據設計的情況進行分析，然后設計出建筑的結構，這樣不但可以加強空調制冷內部的優化，提高制冷的效果，而且可以滿足現在人們的需求。

最后就是建筑設備性能的研究改進，在暖通空調制冷的工程當中，大部分的設備都是通過流體的流動進行工作的，因此，可以看出流體的流動情況對于空調內部的設備來說是有著重要的影響作用的，對此，使用CFD技術就可以模擬內部的流體流動情況，然后就可以進行相關的研究以及對設備不足的地方進行更好的完善。

由此可見，CFD技術在暖通空調制冷工程當中的應用意義是非常大的，并且，合理的運用CFD技術來改善暖空調制冷，不但可以有效的提升空調制冷的效果，而且也可以有效的提升空氣的質量。

3? CFD技術在暖通空調制冷工程中的具體應用

在本文所研究的暖通空調制冷領域，CFD技術可以預測流體的流動特性，可以實現傳質（分離、溶解等）、傳熱（導熱、對流和輻射）、相變（凝固、沸騰等）和化學反應等功能，另外還能模擬機械運動（渦輪機等）以及相關結構的壓力和變形（桅桿彎曲等）等，對優化暖通空調制冷系統有很好的指導作用。CFD具體應用主要包括以下方面。

3.1? 室內氣流組織的設計

一個空間的空調制冷效果如何，與其的氣流組織形式有很直接的關系。通過利用CFD進行模擬，可以預測此空間內氣流相關參數的詳細分布情況，從而有力的指導通風空調系統的設計。通風空調空間一般可分為普通空間和特殊空間，前者主要指用來居住、辦公的空間，還包括高大空間等，后者主要指醫院、交通工具和一些特殊場所等的空間。

3.2? 建筑外部環境的分析

建筑物的外部環境對其內部環境的影響不可小覷，建筑小區熱環境、小區二次風等問題日益成為人們關注的熱點。利用CFD技術，可以便捷快速地對建筑物的外部環境進行相關參數的模擬和分析，從而對建筑物外部的風環境等進行合理的設計。同時，可以進一步對建筑物內部的自然通風設計等提供有效的指導。

3.3? 工程設備性能的研究

本文研究的工程領域中，很多設備（如制冷機、泵、風機）工作原理都是利用工質流動而實現能量的轉換，所以工質的流動狀況對設備性能影響很大。利用CFD技術，可以快速地對設備內流體的流動狀況進行模擬，從而了解設備性能，以便加以改進，使其性能更穩定和高效。

4? CFD技術在暖通空調制冷工程中的應用過程

4.1? 問題分析和前處理

首先定義適當的模擬目標、對物理問題合理簡化、確定合適的模擬方法。在定義模擬目標時，需要很清楚地回答需要得到什么樣的結果（如壓力降、質量流率或阻力等）？這些結果將被如何使用？需要什么樣的模擬精度？需要多長時間得到計算結果等。然后確定模擬的計算域范圍。考慮如何將關心的問題從一個完整的較大的系統中隔離出來，取定計算域的起始與終止位置，在確定此計算域范圍時要分析在邊界上是否有邊界條件信息、這些邊界條件類型能否與這些信息匹配、是否能將計算域的邊界確定在有合理數據的位置，分析問題能否簡化為二維問題或軸對稱問題。其次根據幾何的復雜程度和流動特點選擇合適的網格單元類型。對于簡單的幾何，一般情況下四邊形、六面體網格的質量較高，而且單元數量較少（相對于三角形、四面體網格而言）。

4.2? 解算器執行

首先要設置數值模型，包括：選擇物理模型，如湍流、燃燒、多相流等;定義材料屬性，如流體、固體、混合材料等;指定工作條件;指定邊界條件;提供初始值;設置解算器控制參數，如松弛因子、庫朗數等;設置收斂監控曲線。然后要計算并監控解的過程，計算直到離散守恒型方程的數值迭代的過程收斂。為了提高解的精度，需要對收斂標準和收斂解的精度進行綜合判斷。

4.3? 后處理

當計算收斂之后，需要檢查計算的結果并提取其中的有用的數據。通常情況下，提取有用數據方式包括彩色圖像、曲線以及物理量的數值報告三種方式。然后在對結果進行分析的基礎上，考慮如何修正模型以獲得更加理想的計算結果。

5? 結束語

我國對CFD技術研究開展較晚，相關的應用實踐也不夠深入，所以相對于發達國家，在技術層面還處于落后狀態，這導致了我國的暖通空調工程技術在整體上還無法與世界水平相媲美。因此，為了趕上國際腳步，也為了提高我國暖通空調制冷水平，就必須要對原有技術進行優化，使得CFD技術廣泛的應用于暖通空調領域，從而有效促進我國建筑事業的進步。

參考文獻：

[2] 張譯文.CFD技術在暖通空調制冷工程中應用分析[J].科學導報，2014.

[3] 曹端泉.CFD技術在暖通空調制冷工程中的實際運用[J].電子制作，2015.