cfd在空调行业的应用

CFD 在空调行业的应用 CFD 是英文 Computaional Fluid Dynamics（计算流体动力学） 的简称，通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热 传导等相关物理现象的系统所做的分析。CFD 可以看做是在流动基 本方程（质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程）控制下对 流动的数值模拟，是进行“三传”(传热、传质、动量传递) 及燃烧、 多相流和化学反应研究的核心和重要技术，广泛应用于热能动力、 航空航天、机械、土木水利、环境化工等诸多工程领域。暖通空调 制冷行业是 CFD 技术应用的重要领域之一 CFD 主要可用于解决以下几类暖通空调工程的问题： 1通风空调房间气流组织设计 借助 CFD 可以预测仿真通风空调空间的气流分布详细情况。气 流数值分析能够考虑室内各种可能的内扰、边界条件和初始条件， 因而它能全面地反映室内的气流分布情况，从而便于发现最优的气 流分布方案，进而指导设计使其达到良好的通风空调效果。 2.建筑外环境分析设计 建筑外环境对建筑内部居住者的生活有重要的影响，建筑小区 二次风、小区热环境等问题日益受到人们的关注。采用 CFD 可以方 便地对建筑外环境进行模拟分析，从而设计出合理的建筑风环境。 而且，通过模拟建筑外环境的风流动情况，还可进一步指导建筑内 的自然通风设计等5。 3室内空气品质研究 利用 CFD 技术研究室内空气品质问题，主要是通过模拟得到室 内各个位置的风速、温度、相对湿度、污染物浓度等参数，从而评 价通风换气效率、热舒适和污染物排除效率等。 4.建筑设备性能的研究改进 暖通空调工程的许多设备，如风机、蓄冰槽、空调器等，都是 通过流体工质而工作的，流动情况对设备性能有着重要的影响。通 过 CFD 模拟计算设备内部的流体流动情况，可以研究设备性能，从 而改进其工作，降低建筑能耗，节省运行费用。 暖通空调领域中 CFD 的求解过程 暖通空调领域用 CFD 进行模拟仿真，其主要环节无外乎包括以 下几个方面:建立数学物理模型、进行气流数值求解、将数值解结果 可视化等。 1. 建立数学物理模型 建立数学模型是对所研究的流动问题进行数学描述，为数值求 解做准备工作。基本数学模型有： （1）质量守恒方程 （2）动量守恒方程 （3）能量守恒方程 流体密度，kg/m3 ； t 时间，s； 速度矢量，m/s； ui速度在 i 方向上的分量，m/s； p压强，pa； Fi 体积力，N； T 温度，K； cp 定压比热； ST 粘性耗散项。 对于湍流流动，还要补充反映湍流特性的其他方程。 2.进行气流数值求解 （1）确定边界条件与初始条件 初始条件和边界条件是控制方程有确定解的前提。初始条件是 所研究对象在过程开始时刻各个求解变量的空间分布情况。对于瞬 态问题必须给定初始条件，对于稳态问题不需要初始条件。边界条 件是在求解区域的边界上所求解的变量或其导数随地点和时间的变 化规律。 （2）划分计算网格 网格分结构网格和非结构网格。简单说，结构网格在空间上比 较规范，如对一个四边形区域，结构网格多是成行成列分布的，而 非结构网格在空间分布上没有明显的行线和列线。目前各种 CFD 软 件都有专门的网格生成工具。 （3）建立离散方程并求解 离散方程常用的方法有：有限容积法、有限差分法和有限元法 等。选择合适的方法，对求解区域进行离散。 3.结果可视化 通过计算机数值求解得到的结果是节点上的数值，因而视觉效 果上不具备可观性，难以被一般工程人员或其它相关人员所认识和 接受，所以必须借助相关软件将模拟结果可视化，CFD 的后处理可 以静态显示速度、温度、浓度场图片，也可以动态的显示流体流动 的流线和迹线。 CFD 在空调流场优化设计中的应用现代空调越来越多地考虑到人 体舒适性的要求，为了实现这个目标，就有必要把握其流场的分布 特征，因为气流过猛往往给人体带来身体上的不舒适感，为了达到 舒适性就必须要求流场的分布具有均匀性，尤其是人体附近区域温 度场，避免人体各部分温差过大给人们带来不舒服感。这就要求在 人体所在的区域里，应把风速均匀控制在一定数值内，我们可以在 空调房间内合理地布置送风口和回风口，促使室内空气流动，空调 设计的最终目的就是以合理的系统设计及设备选型实现所要求的室 内气体环境，它要求室内的温度、湿度及气流等指标都符合相应的 标准，要想实现这个目标，就得对气流组织进