CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的應(yīng)用初探

王玉龍

摘? ? 要：在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，通過(guò)CFD技術(shù)的使用可以展現(xiàn)暖通空調(diào)制冷工程的創(chuàng)新價(jià)值，將這種技術(shù)運(yùn)用在暖通空調(diào)制冷工程中，不僅可以提高設(shè)備的使用性能，而且也可以解決流體項(xiàng)目研究中所面臨的困難，積極推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。在CFD技術(shù)模擬中，可以幫助人們更好的理解流體的流動(dòng)狀態(tài)，建立直觀性的數(shù)學(xué)模型，并針對(duì)暖通空調(diào)制冷工程的項(xiàng)目需求做出決策，以推動(dòng)暖通空調(diào)制冷工程的穩(wěn)步發(fā)展。在CFD計(jì)算中，其通常會(huì)運(yùn)用到差分法、有限元法以及有限體積法，通過(guò)對(duì)流體力學(xué)的計(jì)算機(jī)研究，可以改變通暖空調(diào)制冷設(shè)計(jì)中存在的限制問(wèn)題，推動(dòng)暖通空調(diào)制冷工程行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。鑒于此，文章結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的應(yīng)用初探提出了一些建議，僅供參考。

關(guān)鍵詞：CFD技術(shù);暖通空調(diào)制冷工程;應(yīng)用初探

1? 引言

通過(guò)對(duì)CFD技術(shù)的研究可以發(fā)現(xiàn)，技術(shù)通常包括了數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及工程學(xué)等多種學(xué)科，將這些學(xué)科結(jié)合起來(lái)運(yùn)用在機(jī)械化工設(shè)計(jì)中，可以為各項(xiàng)化工設(shè)備提供流體流動(dòng)模型，增強(qiáng)設(shè)備研究的整體質(zhì)量。而且，在CFD技術(shù)使用中，不僅可以豐富化工機(jī)械設(shè)備的研究手段，而且可以在較強(qiáng)數(shù)據(jù)運(yùn)算能力下，通過(guò)流體力學(xué)中的高難度問(wèn)題的分析，減少實(shí)驗(yàn)的次數(shù)，增強(qiáng)數(shù)據(jù)使用的研究?jī)r(jià)值，同時(shí)也為化工機(jī)械的設(shè)計(jì)節(jié)約成本，充分滿足CFD技術(shù)使用的需求，為產(chǎn)業(yè)的運(yùn)行及技術(shù)的研究提供參考。因此，在當(dāng)前化工機(jī)械設(shè)計(jì)中，應(yīng)該通過(guò)CFD技術(shù)的綜合性利用，結(jié)合技術(shù)硬件及軟件的使用特點(diǎn)，降低研究的工作量，更好地推動(dòng)流體力學(xué)的深入性發(fā)展。

2? CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的作用

CFD技術(shù)是指計(jì)算機(jī)流體力學(xué)，該種技術(shù)的主要原理是通過(guò)數(shù)值求解控制流體流動(dòng)的微機(jī)方程，之后得到流體流動(dòng)在連續(xù)區(qū)域中的離散狀態(tài)。將CFD技術(shù)運(yùn)用在暖通空調(diào)制冷工程中，具體的技術(shù)特點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，在流動(dòng)問(wèn)題控制的過(guò)程中，一般呈現(xiàn)出非線性的特點(diǎn)，通過(guò)CFD方法的使用，可以對(duì)各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，確定不同的數(shù)值試驗(yàn)參數(shù);第二，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證，可以確定較為準(zhǔn)確的驗(yàn)證方法;第三，CFD技術(shù)使用中，不會(huì)受到物理模型以及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷南拗?，及時(shí)解決復(fù)雜性的參數(shù)計(jì)算問(wèn)題，而且，將該種技術(shù)運(yùn)用在實(shí)驗(yàn)操作中具有較為明顯的詳細(xì)性、完整性特點(diǎn)。建筑空間越來(lái)越復(fù)雜、多樣化、形成，實(shí)際空調(diào)通風(fēng)室的氣流配置也越來(lái)越多，而傳統(tǒng)的噴射理論分析方法使用特定標(biāo)準(zhǔn)或異常條件理論分析或?qū)嶒?yàn)為基礎(chǔ)的噴射公式預(yù)測(cè)空調(diào)機(jī)組的軸速度、溫度、噴射軌跡等，必然會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。噴氣分析方法還可以提供室內(nèi)的一些總參數(shù)信息，而不提供設(shè)計(jì)者對(duì)內(nèi)部空氣的分散需要的詳細(xì)信息。CFD具有成本低、速度快、數(shù)據(jù)完整、模擬各種工作條件的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因此越來(lái)越受到人們的關(guān)注。通過(guò)對(duì)分布預(yù)測(cè)方法的比較可以看出，對(duì)目前預(yù)測(cè)室內(nèi)空氣分布的三種理論方法來(lái)說(shuō)，CFD方法具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，并且由于當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CFD方法的計(jì)算周期和成本可以被工程充分接受。

3? 在暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)中運(yùn)用CFD技術(shù)的基本原則

在HVAC智能系統(tǒng)運(yùn)行中起多種作用的CFD技術(shù)系統(tǒng)具有多個(gè)功能模塊，因此在使用此技術(shù)的同時(shí)，前端處理模塊的運(yùn)行是在建筑和空調(diào)系統(tǒng)信息輸入和相應(yīng)建模過(guò)程中形成的模塊，其科學(xué)性和準(zhǔn)確性會(huì)影響其他模塊的運(yùn)行，因此非常重要。在CFD技術(shù)系統(tǒng)中，核心模塊的主要功能是通過(guò)高效計(jì)算運(yùn)行對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，而后臺(tái)模塊使用分析結(jié)果進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用調(diào)整，因此，要在HVAC系統(tǒng)中應(yīng)用CFD技術(shù)，必須根據(jù)該技術(shù)系統(tǒng)中模塊運(yùn)行參數(shù)和周期差異進(jìn)行科學(xué)設(shè)置。只有這樣才能優(yōu)化HVAC系統(tǒng)的效果，并對(duì)建筑的流體流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行有效調(diào)整。

4? 暖通空調(diào)制冷工程中CFD技術(shù)的應(yīng)用方法

4.1? 流體分析模型構(gòu)建

在Hvac制冷項(xiàng)目中使用CFD技術(shù)時(shí)，必須為建設(shè)工作建立工程模型。流體分析模型包含物理模型和數(shù)學(xué)模型。也就是說(shuō)，要對(duì)流體問(wèn)題進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，必須在HVAC項(xiàng)目施工中，相關(guān)流體問(wèn)題滿足連續(xù)性方程的特定要求，在構(gòu)建和分析模型時(shí)，進(jìn)行動(dòng)量方程和能量方程計(jì)算。在具體實(shí)踐過(guò)程中，應(yīng)采用具有不可壓縮流體特性的粘性流體流動(dòng)控制微方程進(jìn)行計(jì)算。HVAC空調(diào)項(xiàng)目的制冷效果，由于實(shí)際冷卻過(guò)程中空調(diào)氣體的流動(dòng)是湍流流動(dòng)，因此需要構(gòu)建湍流模型，以模擬湍流流動(dòng)情況，分析和研究相關(guān)問(wèn)題，以便于后續(xù)計(jì)算和數(shù)值分析。通過(guò)HVAC制冷系統(tǒng)的流體相關(guān)模型，建立流體湍流模型，計(jì)算制冷循環(huán)情況，計(jì)算流體狀態(tài)為有限體積。

4.2? 數(shù)據(jù)計(jì)算收斂加速

HVAC系統(tǒng)液體狀態(tài)的計(jì)算和分析在HVAC冷卻項(xiàng)目中工作時(shí)非常復(fù)雜。為了提高計(jì)算效率和確保計(jì)算精度，可以通過(guò)使用收斂技術(shù)執(zhí)行計(jì)算來(lái)有效地降低用于計(jì)算數(shù)學(xué)模型的時(shí)間成本。計(jì)算通風(fēng)系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)的收斂加速技術(shù)主要有兩種，包括多網(wǎng)格法和剩馀利用率法。采用多格線法提高了HVAC建筑計(jì)算效率，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了流體狀態(tài)分析。CFD技術(shù)在聚合加速度計(jì)算中的應(yīng)用較為普遍。并行計(jì)算可以減少計(jì)算數(shù)量、提高計(jì)算效率、提高模塊性、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算縮短計(jì)算時(shí)間、提高空調(diào)效率以及提高系統(tǒng)能效。

4.3? 對(duì)暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行完善

對(duì)于HVAC的特定功能，制冷設(shè)備的冷卻能力最重要，其效率水平?jīng)Q定了此設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)。通常，HVAC相關(guān)設(shè)備使用流體工作流體原理工作，包括風(fēng)扇、空調(diào)和其他設(shè)備。應(yīng)用CFD技術(shù)可以分析設(shè)備中的流體行為，確定設(shè)備的性能，從而有效地提高冷卻效率，逐步提高冷卻效率。例如，對(duì)于風(fēng)扇設(shè)備的改進(jìn)，首先利用CAD軟件繪制風(fēng)扇設(shè)備的構(gòu)造平面圖，然后通過(guò)CFD技術(shù)生成數(shù)學(xué)模型，CFD技術(shù)具有流顯示功能和網(wǎng)格生成功能，從而節(jié)省了這方面的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了高效的分割工作;其次是按部門分工，在此過(guò)程中，計(jì)算也減少了CFD技術(shù)，困難正在減少。計(jì)算數(shù)學(xué)模型后，判斷可以有效分析風(fēng)扇裝置的相關(guān)運(yùn)行狀況的過(guò)程，通過(guò)具體的分析判斷對(duì)裝置進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)不完善的地方，在設(shè)計(jì)上進(jìn)行改進(jìn)才能改善風(fēng)扇裝置，提高整個(gè)HVAC的冷卻效果。

5? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著CFD技術(shù)的不斷發(fā)展，暖通空調(diào)制冷工程的安裝效率、質(zhì)量以及節(jié)能水平均顯著提升，逐漸趨向綠色施工的具體要求，對(duì)機(jī)電安裝工業(yè)化進(jìn)程也有促進(jìn)作用。仍需加大CDF技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的研發(fā)力度，實(shí)現(xiàn)暖通系統(tǒng)更快發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅磊君.CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的應(yīng)用初探[J].江西建材，2019（6）：47+49.

[2] 張玉忠.CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的應(yīng)用[J].住宅與房地產(chǎn)，2018（25）：180+203.

[3] 姜騰.CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中應(yīng)用研究[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2018（5）：227.

[4] 唐柱才.CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的應(yīng)用[J].電子世界，2018（3）：201.

[5] 黃珍珍.CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)高新區(qū)，2018（2）：15.