基于CFD技術(shù)的暖通空調(diào)制冷技術(shù)的探討

袁子規(guī)

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，暖通空調(diào)制冷技術(shù)水平得到顯著提升，CFD技術(shù)的應(yīng)用改善了傳統(tǒng)暖通空調(diào)制冷技術(shù)的不足之處，促進(jìn)了暖通空調(diào)制冷技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。本文中，筆者首先闡述了CFD技術(shù)的基本概念及其在暖通空調(diào)制冷工程中的應(yīng)用原則，然后詳細(xì)探討了CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用，最后簡(jiǎn)單分析了CFD技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，希望能夠?yàn)榻窈笙嚓P(guān)研究提供一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：CFD技術(shù)；暖通空調(diào)；制冷技術(shù)

0 引言

作為一種應(yīng)用頻率比較高的工程流體技術(shù)，CFD技術(shù)近些年來(lái)的發(fā)展步伐較為快速，應(yīng)用的范圍也越趨廣泛，特別是在暖通空調(diào)制冷工程中的應(yīng)用，促進(jìn)了暖通空調(diào)制冷技術(shù)水平的不斷提升。通過(guò)CFD技術(shù)的有效應(yīng)用，暖通空調(diào)制冷工程的設(shè)計(jì)效果得到了明顯改善，極大地增強(qiáng)了暖通空調(diào)的制冷效果，提高了暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。

1 CFD技術(shù)的基本概述

CFD技術(shù)是計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的英文簡(jiǎn)稱，該技術(shù)是建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上的一種數(shù)學(xué)模型，是具有資料完善、速度快以及成本低等特點(diǎn)的暖通技術(shù)。CFD技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，采用數(shù)值求解對(duì)流體流動(dòng)的微分方程進(jìn)行有效控制，以此獲得流體流動(dòng)時(shí)的流場(chǎng)在某個(gè)連續(xù)區(qū)域內(nèi)的離散分布情況，從而對(duì)流體流動(dòng)的情況進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

2 暖通空調(diào)制冷工程中CFD技術(shù)的應(yīng)用原則

計(jì)算機(jī)模型所需的數(shù)據(jù)在前端處理期間形成，工作人員可以在此期間將模型建起來(lái)，同時(shí)錄入相應(yīng)數(shù)據(jù)，促進(jìn)網(wǎng)格的生成。這樣一來(lái)，暖通空調(diào)制冷工程在應(yīng)用CFD技術(shù)的時(shí)候，前端處理器的重要性不言而喻。另外，計(jì)算機(jī)的核心運(yùn)算器處于持續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，通過(guò)對(duì)模塊的分析，得出分析的結(jié)果，然后向后臺(tái)輸送，這樣能夠使得數(shù)據(jù)的使用顯得更加直觀和清晰。所以，從上述說(shuō)明中不難看出，暖通空調(diào)制冷工程中CFD技術(shù)的應(yīng)用，需要注意的原則可以概括為3個(gè)方面：注重周期、注重參量、注重模塊，CFD技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，必須要嚴(yán)格遵循著這3個(gè)原則，否則暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)將無(wú)法充分發(fā)揮出自身的價(jià)值，也就無(wú)法為人們提供高質(zhì)量的制冷服務(wù)。

3 暖通空調(diào)制冷工程中CFD技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用

3.1 建立模型

CFD技術(shù)應(yīng)用在暖通空調(diào)制冷工程中，首要任務(wù)就是建立模型。模型的建立包括2個(gè)方面：物理模型和數(shù)學(xué)模型，簡(jiǎn)而言之，就是以數(shù)學(xué)的形式，描述需要研究的流體問(wèn)題。在暖通流域，流體問(wèn)題能夠充分滿足連續(xù)性方程的要求，所以可以運(yùn)用動(dòng)量方程和能量方程。通常情況下，人們更傾向于利用不可壓流體的粘性流體流動(dòng)的控制微方程。暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)中的流體流動(dòng)多數(shù)時(shí)候是湍流流動(dòng)，這就使得在一定情況下需要應(yīng)用湍流模型來(lái)模擬流體的湍流流動(dòng)，這樣才能夠科學(xué)、合理地描述出要研究的方向，有利于下一步的數(shù)值求解。

3.2 數(shù)值求解

在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，數(shù)值求解大致可以分為3步走策略。第一步，初始條件和邊界條件的明確。初始條件是指研究對(duì)象流動(dòng)剛開(kāi)始時(shí)求解變量在空間上的分布狀況，邊界條件是指求解域邊界上所求解的導(dǎo)數(shù)隨時(shí)間和地點(diǎn)的變化規(guī)律或者變量。第二步，劃分計(jì)算網(wǎng)格。對(duì)于計(jì)算網(wǎng)格的合理劃分，既包括結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，又包括非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相比，規(guī)范性更足，結(jié)合當(dāng)前CDF技術(shù)的實(shí)際情況來(lái)看，絕大部分CDF軟件均配置了生成網(wǎng)格的特定工具。第三步，離散方程建立和求解?？梢圆捎糜邢拊?、有限差法等多種方法對(duì)求解區(qū)域進(jìn)行驅(qū)散。

3.3 數(shù)值解的可視化處理

空間流體值在經(jīng)過(guò)CDF技術(shù)模擬計(jì)算出之后，其數(shù)值結(jié)果存在的形式并不是想要的存在形式，而是以節(jié)點(diǎn)數(shù)值的形式存在的，導(dǎo)致了工作人員的工作難度增加，間接加大了工作人員對(duì)數(shù)據(jù)的分析難度。CDF技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)τ?jì)算結(jié)果進(jìn)行有效處理，因而得出的數(shù)據(jù)可以通過(guò)靜態(tài)的圖片顯現(xiàn)出來(lái)，使得數(shù)值結(jié)果更加直觀、清晰，很大程度上降低了工作人員的工作難度，減少了工作人員的工作量。

3.4 CDF技術(shù)在通風(fēng)空調(diào)房間氣流組織設(shè)計(jì)

暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)中，應(yīng)用CDF技術(shù)，可以向暖通空調(diào)制冷工程提供科學(xué)的數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)參考。CDF技術(shù)能夠進(jìn)行仿真模擬，對(duì)房間內(nèi)的氣流分布情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，工作人員通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析和研究，了解到影響暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的發(fā)揮因素。

3.5 CDF技術(shù)在建筑外環(huán)境分析設(shè)計(jì)

在建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的通風(fēng)效果容易受到建筑外環(huán)境的影響。所以，將CDF技術(shù)應(yīng)用在暖通空調(diào)制冷工程中，做好建筑外環(huán)境的分析和設(shè)計(jì)，關(guān)注周邊熱環(huán)境和二次風(fēng)等外環(huán)境，優(yōu)化對(duì)暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提升暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)的效果。

4 CDF技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

首先，CDF技術(shù)和網(wǎng)格技術(shù)的有機(jī)融合，這樣不僅可以使得暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作實(shí)現(xiàn)異地協(xié)同，還可以實(shí)現(xiàn)信息共享。其次，CDF技術(shù)和專家系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，專家系統(tǒng)可以提供指導(dǎo)，降低CDF軟件的使用難度，專家系統(tǒng)中的海量信息可以對(duì)前后處理的正確性進(jìn)行檢驗(yàn)。最后，CDF技術(shù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的有機(jī)結(jié)合，這得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，催生了CDF商用軟件的多個(gè)版本，在建立模擬工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的情況下，可以將CDF技術(shù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)。

5 結(jié)語(yǔ)

CDF技術(shù)應(yīng)用在暖通空調(diào)制冷工程中意義重大，不僅提升了暖通空調(diào)的制冷效果，還提升了生產(chǎn)的效率和人們的生活質(zhì)量。盡管暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)中CDF技術(shù)的應(yīng)用還存在一定的不足之處，但是在不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新下，CDF技術(shù)在暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用定將不斷完善，為建筑行業(yè)的發(fā)展提供充足的技術(shù)保障。

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（作者單位：廣東美的暖通設(shè)備有限公司）