CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的應(yīng)用

黃和

摘? ? 要：暖通空調(diào)我國將CFD技術(shù)和暖通領(lǐng)域加以結(jié)合開始也較早，經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)展，現(xiàn)在也已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用效果，雖然如此，但在當(dāng)前的世界范圍內(nèi)，CFD技術(shù)走在前列的國家則以美日歐為主，基礎(chǔ)技術(shù)已經(jīng)有了較為豐富的結(jié)果，并且軟件行業(yè)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(shù)完成融合應(yīng)該還需要較長時(shí)間。CFD就是通過計(jì)算機(jī)來計(jì)算流力動力，并且采用圖像來將其現(xiàn)實(shí)出來。這項(xiàng)技術(shù)可以作為流體方程來模擬計(jì)算整個(gè)控制參數(shù)，并通過熱和動量傳遞來針對燃燒等反應(yīng)進(jìn)行研究。

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

1? CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的應(yīng)用功能及原則

1.1? 應(yīng)用的基本功能

CFD技術(shù)可以對流體流動的性質(zhì)進(jìn)行檢測，進(jìn)而應(yīng)用到暖通空調(diào)制冷方面，有利于優(yōu)化設(shè)備的導(dǎo)熱、傳遞功能，能夠降低相關(guān)設(shè)備受到的外界壓力，減少變形情況的出現(xiàn)。因此，這對于暖通空調(diào)制冷技術(shù)的優(yōu)化及作用的放大都十分有利，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在暖通空調(diào)進(jìn)行工作的各個(gè)環(huán)節(jié)，CFD技術(shù)可以利用其自身功能的協(xié)調(diào)運(yùn)作，保持暖通空調(diào)的運(yùn)行穩(wěn)定性，通過其前端模塊、數(shù)據(jù)計(jì)算模塊以及后臺處理模塊，能夠促進(jìn)高效性的提升。

1.2? 應(yīng)用的基本原則

CFD技術(shù)的不同模塊在暖通空調(diào)制冷工作中發(fā)揮著不同的作用，在具體的應(yīng)用中前端處理模塊十分重要，由于數(shù)據(jù)的計(jì)算所需信息是在前端形成，因此，在前端模塊會初步進(jìn)行建模、數(shù)據(jù)錄入并且形成數(shù)據(jù)網(wǎng)格。同時(shí)，技術(shù)核心的運(yùn)算功能不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，保持著對于數(shù)據(jù)的分析，然后將結(jié)果提供給CFD后臺模塊，方便其進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用?？梢园l(fā)現(xiàn)，暖通空調(diào)對于CFD技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)該有效的利用模塊、參數(shù)和周期的不同原則，只有這樣才可以優(yōu)化自身的制冷效果，并且保持運(yùn)轉(zhuǎn)的快捷高效。

2? CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的應(yīng)用范圍

CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的應(yīng)用，其主要的目的就是對空調(diào)制冷工程中的性能不足進(jìn)行相應(yīng)的改善，從而有效的提高空調(diào)制冷。CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的應(yīng)用范圍主要可以分為：通風(fēng)空調(diào)房間氣流組織的設(shè)計(jì)、建筑外環(huán)境的設(shè)計(jì)、室內(nèi)空氣的研究以及建筑設(shè)備的性能改進(jìn)等這四個(gè)部分。

首先針對通風(fēng)空調(diào)房間氣流組織的設(shè)計(jì)來說，CFD技術(shù)在目前已經(jīng)被大量的運(yùn)用在了暖通空調(diào)制冷工程當(dāng)中，這樣不但有效的提升了工作的效率，而且也能夠?qū)ζ渲胁蛔愕牡胤竭M(jìn)行相應(yīng)的改善。因而在空調(diào)制冷的工程當(dāng)中，一般情況下都是采用的CFD技術(shù)來預(yù)測對仿真空調(diào)的通風(fēng)情況，同時(shí)這樣的方式，不但可以對空調(diào)內(nèi)部造成破壞的因素進(jìn)行相應(yīng)的管理，而且還可以對初始條件出現(xiàn)的一系列的問題進(jìn)行相應(yīng)的檢測。從而就可以很好的掌握空調(diào)內(nèi)部的氣流，同時(shí)設(shè)計(jì)出好的通風(fēng)，提高暖通空調(diào)制冷的整體性能。

其次就是建筑環(huán)境分析，對于暖通空調(diào)制冷的效果來說，建筑的環(huán)境也是一個(gè)重要的影響因素，因此，就需要在建設(shè)的時(shí)候，強(qiáng)化對于二次通風(fēng)的實(shí)用性。當(dāng)然，可以通過使用CFD技術(shù)對建筑外部的通風(fēng)流動情況進(jìn)行一個(gè)相關(guān)的模擬，從而根據(jù)設(shè)計(jì)的情況進(jìn)行分析，然后設(shè)計(jì)出建筑的結(jié)構(gòu)，這樣不但可以加強(qiáng)空調(diào)制冷內(nèi)部的優(yōu)化，提高制冷的效果，而且可以滿足現(xiàn)在人們的需求。

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

由此可見，CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程當(dāng)中的應(yīng)用意義是非常大的，并且，合理的運(yùn)用CFD技術(shù)來改善暖空調(diào)制冷，不但可以有效的提升空調(diào)制冷的效果，而且也可以有效的提升空氣的質(zhì)量。

3? CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的具體應(yīng)用

在本文所研究的暖通空調(diào)制冷領(lǐng)域，CFD技術(shù)可以預(yù)測流體的流動特性，可以實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)（分離、溶解等）、傳熱（導(dǎo)熱、對流和輻射）、相變（凝固、沸騰等）和化學(xué)反應(yīng)等功能，另外還能模擬機(jī)械運(yùn)動（渦輪機(jī)等）以及相關(guān)結(jié)構(gòu)的壓力和變形（桅桿彎曲等）等，對優(yōu)化暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)有很好的指導(dǎo)作用。CFD具體應(yīng)用主要包括以下方面。

3.1? 室內(nèi)氣流組織的設(shè)計(jì)

一個(gè)空間的空調(diào)制冷效果如何，與其的氣流組織形式有很直接的關(guān)系。通過利用CFD進(jìn)行模擬，可以預(yù)測此空間內(nèi)氣流相關(guān)參數(shù)的詳細(xì)分布情況，從而有力的指導(dǎo)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通風(fēng)空調(diào)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(yī)院、交通工具和一些特殊場所等的空間。

3.2? 建筑外部環(huán)境的分析

建筑物的外部環(huán)境對其內(nèi)部環(huán)境的影響不可小覷，建筑小區(qū)熱環(huán)境、小區(qū)二次風(fēng)等問題日益成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。利用CFD技術(shù)，可以便捷快速地對建筑物的外部環(huán)境進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的模擬和分析，從而對建筑物外部的風(fēng)環(huán)境等進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。同時(shí)，可以進(jìn)一步對建筑物內(nèi)部的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)等提供有效的指導(dǎo)。

3.3? 工程設(shè)備性能的研究

本文研究的工程領(lǐng)域中，很多設(shè)備（如制冷機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)）工作原理都是利用工質(zhì)流動而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，所以工質(zhì)的流動狀況對設(shè)備性能影響很大。利用CFD技術(shù)，可以快速地對設(shè)備內(nèi)流體的流動狀況進(jìn)行模擬，從而了解設(shè)備性能，以便加以改進(jìn)，使其性能更穩(wěn)定和高效。

4? CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的應(yīng)用過程

4.1? 問題分析和前處理

首先定義適當(dāng)?shù)哪M目標(biāo)、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(biāo)時(shí)，需要很清楚地回答需要得到什么樣的結(jié)果（如壓力降、質(zhì)量流率或阻力等）？這些結(jié)果將被如何使用？需要什么樣的模擬精度？需要多長時(shí)間得到計(jì)算結(jié)果等。然后確定模擬的計(jì)算域范圍?？紤]如何將關(guān)心的問題從一個(gè)完整的較大的系統(tǒng)中隔離出來，取定計(jì)算域的起始與終止位置，在確定此計(jì)算域范圍時(shí)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(jì)算域的邊界確定在有合理數(shù)據(jù)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(jù)幾何的復(fù)雜程度和流動特點(diǎn)選擇合適的網(wǎng)格單元類型。對于簡單的幾何，一般情況下四邊形、六面體網(wǎng)格的質(zhì)量較高，而且單元數(shù)量較少（相對于三角形、四面體網(wǎng)格而言）。

4.2? 解算器執(zhí)行

首先要設(shè)置數(shù)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(shè)置解算器控制參數(shù)，如松弛因子、庫朗數(shù)等;設(shè)置收斂監(jiān)控曲線。然后要計(jì)算并監(jiān)控解的過程，計(jì)算直到離散守恒型方程的數(shù)值迭代的過程收斂。為了提高解的精度，需要對收斂標(biāo)準(zhǔn)和收斂解的精度進(jìn)行綜合判斷。

4.3? 后處理

當(dāng)計(jì)算收斂之后，需要檢查計(jì)算的結(jié)果并提取其中的有用的數(shù)據(jù)。通常情況下，提取有用數(shù)據(jù)方式包括彩色圖像、曲線以及物理量的數(shù)值報(bào)告三種方式。然后在對結(jié)果進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，考慮如何修正模型以獲得更加理想的計(jì)算結(jié)果。

5? 結(jié)束語

我國對CFD技術(shù)研究開展較晚，相關(guān)的應(yīng)用實(shí)踐也不夠深入，所以相對于發(fā)達(dá)國家，在技術(shù)層面還處于落后狀態(tài)，這導(dǎo)致了我國的暖通空調(diào)工程技術(shù)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(diào)制冷水平，就必須要對原有技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使得CFD技術(shù)廣泛的應(yīng)用于暖通空調(diào)領(lǐng)域，從而有效促進(jìn)我國建筑事業(yè)的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

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