CFD模拟在空调房间设计中的应用概要课件

CFD模拟在空调房间设计中的应用报告人：王春华剧霏指导老师：钱宇教授李秀喜博士2004.11.9CFD模拟在空调房间设计中的应用报告人：王春华剧霏1设计任务书概述空调设计方案设计步骤模拟结果分析及优化设计任务书概述2一、概述什么是CFD?CFD是英文ComputationalFluidDynamics（计算流体动力学）的简称。其基本原理是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况。

CFD就是利用计算机技术、数值计算技术发展而来的，相当于“虚拟”地在计算机做实验，用以模拟仿真实际的流体流动情况，它是现代模拟仿真技术的一种。

一、概述什么是CFD?3

CFD用于暖通空调行业CFD在暖通空调(HVAC)工程中的应用，主要在于模拟预测室内外或设备内的空气或其他工质流体的流动情况。

用CFD方法对室内空气分布情况进行模拟和预测，从而得到房间内速度、温度、湿度以及有害物浓度等物理量的详细分布情况。相比传统的模型实验和经验公式预测液体的流动和传热而言，CFD技术具有成本低、速度快、资料完备等优点。故其逐渐受到人们的青睐，尤其是随着计算机技术和数值模拟技术的发展，CFD已被广泛应用于解决工程中的实际问题。

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二、空调设计方案

1、设计要求满足房间要求（夏季23℃），使人体所在的区域，风速小于人敏感的0.5m/s，避免气流过猛带来的不舒适感。一段时间后,整个房间温度场分布较均。在竖直方向上，人体头部与脚部温度差很小，避免由于人体各部分温差过大而产生的不适。要求室内温度、湿度、气流速度和洁净度均匀而稳定，同时保证空调能耗较低和室内空气品质良好。

二、空调设计方案1、设计要求5

2、设计内容选择空调房间尺寸(具体尺寸待定)室内两台电脑、4盏灯具、两人送风温度12.7℃室内设计温度23℃

2、设计内容6

3、设计及优化方法

根据实际情况建立几何模型和数学模型。利用FLUENT软件对模型进行模拟和预测，考察气流流型以及工作区参数（温度、速度），并进行优化，直到满足人体舒适度要求。对模拟结果进行比较，选出效果较优的设计参数。

3、设计及优化方法

根据实际情况建立几何模型和数学模型7三、设计步骤1、建立模型2、数值求解3、可视化处理三、设计步骤1、建立模型81、建立模型

空气流动的湍流特性一般采用适当的湍流模型。在设计中采用标准k－ε模型，它适用于模拟室内气流流动这种湍流情况。1、建立模型9

2、数值求解

连续性方程

动量方程

含尘浓度方程

2、数值求解

连续性方程10

紊流能量传递方程

紊流能量耗散率方程紊流能量传递方程紊流能量耗散率方程113、可视化处理

仿真模拟,主要是针对空调器开始工作后一段时间内对人影响程度较大的房间温度变化过程,空调器开始制冷,房间温度随之变化。

3、可视化处理仿真模拟,主要是针对空调12房间温度变化过程中的某时刻,制冷的横截面速分布,见图1。

图1从图中温度梯度可知风速小于人敏感的0.5m/s,从而可以避免由于气流过猛,给人体所带来的不舒适感。CFD模拟在空调房间设计中的应用概要课件13制冷的横截面温度场分布如图2所示

图2

可看出冷空气较热空气密度大,向下趋势明显,从而导致房间下部要比高处温降快。制冷的横截面温度场分布如图2所示14制冷时,人体附近区域的温度场分布情况如图3所示。图3

可见在竖直方向上,人体头部与脚部温度相差很小,这就避免了由于人体各部分温差过大而产生的不适。制冷时,人体附近区域的温度场分布情况如图3所示。15模拟结果分析及优化

根据模拟结果调整空调出风口、回风口位置以及出风温度、出风角度、回风量等参数，以满足人体舒适度要求。模拟结果分析及优化根据模拟结果调整空调出风16

谢谢！CFD模拟在空调房间设计中的应用概要课件17CFD模拟在空调房间设计中的应用报告人：王春华剧霏指导老师：钱宇教授李秀喜博士2004.11.9CFD模拟在空调房间设计中的应用报告人：王春华剧霏18设计任务书概述空调设计方案设计步骤模拟结果分析及优化设计任务书概述19一、概述什么是CFD?CFD是英文ComputationalFluidDynamics（计算流体动力学）的简称。其基本原理是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况。

CFD就是利用计算机技术、数值计算技术发展而来的，相当于“虚拟”地在计算机做实验，用以模拟仿真实际的流体流动情况，它是现代模拟仿真技术的一种。

一、概述什么是CFD?20

CFD用于暖通空调行业CFD在暖通空调(HVAC)工程中的应用，主要在于模拟预测室内外或设备内的空气或其他工质流体的流动情况。

用CFD方法对室内空气分布情况进行模拟和预测，从而得到房间内速度、温度、湿度以及有害物浓度等物理量的详细分布情况。相比传统的模型实验和经验公式预测液体的流动和传热而言，CFD技术具有成本低、速度快、资料完备等优点。故其逐渐受到人们的青睐，尤其是随着计算机技术和数值模拟技术的发展，CFD已被广泛应用于解决工程中的实际问题。

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二、空调设计方案

1、设计要求满足房间要求（夏季23℃），使人体所在的区域，风速小于人敏感的0.5m/s，避免气流过猛带来的不舒适感。一段时间后,整个房间温度场分布较均。在竖直方向上，人体头部与脚部温度差很小，避免由于人体各部分温差过大而产生的不适。要求室内温度、湿度、气流速度和洁净度均匀而稳定，同时保证空调能耗较低和室内空气品质良好。

二、空调设计方案1、设计要求22

2、设计内容选择空调房间尺寸(具体尺寸待定)室内两台电脑、4盏灯具、两人送风温度12.7℃室内设计温度23℃

2、设计内容23

3、设计及优化方法

根据实际情况建立几何模型和数学模型。利用FLUENT软件对模型进行模拟和预测，考察气流流型以及工作区参数（温度、速度），并进行优化，直到满足人体舒适度要求。对模拟结果进行比较，选出效果较优的设计参数。

3、设计及优化方法

根据实际情况建立几何模型和数学模型24三、设计步骤1、建立模型2、数值求解3、可视化处理三、设计步骤1、建立模型251、建立模型

空气流动的湍流特性一般采用适当的湍流模型。在设计中采用标准k－ε模型，它适用于模拟室内气流流动这种湍流情况。1、建立模型26

2、数值求解

连续性方程

动量方程

含尘浓度方程

2、数值求解

连续性方程27

紊流能量传递方程

紊流能量耗散率方程紊流能量传递方程紊流能量耗散率方程283、可视化处理

仿真模拟,主要是针对空调器开始工作后一段时间内对人影响程度较大的房间温度变化过程,空调器开始制冷,房间温度随之变化。

3、可视化处理仿真模拟,主要是针对空调29房间温度变化过程中的某时刻,制冷的横截面速分布,见图1。

图1从图中温度梯度可知风速小于人敏感的0.5m/s,从而可以避免由于气流过猛,给人体所带来的不舒适感。CFD模拟在空调房间设计中的应用概要课件30制冷的横截面温度场分布如图2所示

图2

可看出冷空气较热空气密度大,向下趋势明显,从而导致房间下部要比高处温降快。制冷的横截面温度场分布如图2所示31制冷时,人体附近区域的温度场分布情况如图3所示。图3

可见在竖直方向上,人体头部与脚部温度相差很小,这就避免了由于人体各部分温差