CFD技術(shù)在暖通空調(diào)施工的應(yīng)用探析

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1、CFD技術(shù)在暖通空調(diào)施工的應(yīng)用探析　　摘要：CFD是目前國(guó)際上一個(gè)強(qiáng)有力的研究領(lǐng)域，是進(jìn)行“三傳”及燃燒、多相流和化學(xué)反應(yīng)研究的核心與重要技術(shù)，廣泛應(yīng)用于熱能動(dòng)力、航空航天、機(jī)械、土木水利、環(huán)境化工、暖通空調(diào)及空氣凈化等諸多工程領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步，CFD技術(shù)已成為現(xiàn)代建筑領(lǐng)域一個(gè)重要的研究課題。本文對(duì)CFD技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，介紹其使用方法和步驟，為設(shè)計(jì)人員在暖通設(shè)計(jì)中應(yīng)用CFD技術(shù)提供參考?！　￡P(guān)鍵詞：CFD技術(shù)應(yīng)用范圍暖通空調(diào)　　　　20世紀(jì)80年代以來，科技發(fā)展進(jìn)入高科技時(shí)代。科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，涌現(xiàn)了電子信息、生物、空間、海洋、新材料、新能

2、源等六大高科技群，成為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展最主要的驅(qū)動(dòng)力。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代已初見端倪。利用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是必然的趨勢(shì)?！　「咝录夹g(shù)向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的滲透是當(dāng)某項(xiàng)高新技術(shù)出現(xiàn)后,其相應(yīng)技術(shù)創(chuàng)新群向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)擴(kuò)散,并通過與原有生產(chǎn)技術(shù)條件相結(jié)合而使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平得到提高產(chǎn)生效益的過程。高新技術(shù)向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的滲透有兩個(gè)途徑,一是通過高新軟技術(shù)知識(shí)滲透,它通過學(xué)習(xí)與引進(jìn)將高新技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中的技術(shù)及管理結(jié)合;二是通過物化技術(shù)滲透,即通過購(gòu)買高新技術(shù)裝備與材料，從而使企業(yè)技術(shù)水平提高?！　FD能夠分析與研究在各種復(fù)雜幾何形狀的空間內(nèi)、外發(fā)生的下列工程

3、問題：　　(1)流體流動(dòng)；(2)高溫傳熱；(3)氣－固、液－固、氣－液、液－液等多相流；(4)非牛頓流體流動(dòng)；(5)多孔介質(zhì)流；(6)化工反應(yīng)流；(7)煤粉燃燒、氣態(tài)燃料燃燒、油霧燃燒、多種燃料混合及多氧化流燃燒；(8)爆炸、爆燃和著火；(9)攪拌反應(yīng)釜；(10)環(huán)保?！　FD分析研究可以提供工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理、技術(shù)改造中所必需的參數(shù)，如流體阻力，流體與固體之間的傳熱量，氣體、固體顆粒的停留時(shí)間，產(chǎn)品質(zhì)量，燃燼程度，反應(yīng)率，處理能力等綜合參數(shù)以及各種現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)節(jié)量對(duì)這些綜合參數(shù)的影響規(guī)律性。還可以提供流動(dòng)區(qū)域內(nèi)精細(xì)的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、各種與反應(yīng)進(jìn)程有關(guān)的組分參數(shù)場(chǎng)，通過對(duì)這

4、些場(chǎng)量的分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有裝置或設(shè)計(jì)中存在的不足，為創(chuàng)新設(shè)計(jì)、改造設(shè)計(jì)提供依據(jù)。相當(dāng)于是一個(gè)通用的、多功能的大型冷、熱態(tài)試驗(yàn)場(chǎng)。　　1、CFD在暖通空調(diào)中的主要應(yīng)用領(lǐng)域　　CFD主要可用于解決以下幾類暖通空調(diào)工程的問題：　　通風(fēng)空調(diào)房間氣流組織設(shè)計(jì)　　借助CFD可以預(yù)測(cè)仿真通風(fēng)空調(diào)空間的氣流分布詳細(xì)情況。氣流數(shù)值分析能夠考慮室內(nèi)各種可能的內(nèi)擾、邊界條件和初始條件，因而它能全面地反映室內(nèi)的氣流分布情況，從而便于發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的氣流分布方案，進(jìn)而指導(dǎo)設(shè)計(jì)使其達(dá)到良好的通風(fēng)空調(diào)效果?！　〗ㄖ猸h(huán)境分析設(shè)計(jì)　　建筑外環(huán)境對(duì)建筑內(nèi)部居住者的生活有重要的影響，建筑小區(qū)二次風(fēng)、小區(qū)熱環(huán)境等問題

5、日益受到人們的關(guān)注。采用CFD可以方便地對(duì)建筑外環(huán)境進(jìn)行模擬分析，從而設(shè)計(jì)出合理的建筑風(fēng)環(huán)境。而且，通過模擬建筑外環(huán)境的風(fēng)流動(dòng)情況，還可進(jìn)一步指導(dǎo)建筑內(nèi)的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)等[5]。　　室內(nèi)空氣品質(zhì)研究　　利用CFD技術(shù)研究室內(nèi)空氣品質(zhì)問題，主要是通過模擬得到室內(nèi)各個(gè)位置的風(fēng)速、溫度、相對(duì)濕度、污染物濃度等參數(shù)，從而評(píng)價(jià)通風(fēng)換氣效率、熱舒適和污染物排除效率等?！　〗ㄖO(shè)備性能的研究改進(jìn)　　暖通空調(diào)工程的許多設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、蓄冰槽、空調(diào)器等，都是通過流體工質(zhì)而工作的，流動(dòng)情況對(duì)設(shè)備性能有著重要的影響。通過CFD模擬計(jì)算設(shè)備內(nèi)部的流體流動(dòng)情況，可以研究設(shè)備性能，從而改進(jìn)其工作，降低

6、建筑能耗，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。　　2、暖通空調(diào)領(lǐng)域中CFD的求解過程　　暖通空調(diào)領(lǐng)域用CFD進(jìn)行模擬仿真，其主要環(huán)節(jié)無外乎包括以下幾個(gè)方面:建立數(shù)學(xué)物理模型、進(jìn)行氣流數(shù)值求解、將數(shù)值解結(jié)果可視化等。CFD求解流程如圖1所示?！　〗?shù)學(xué)物理模型　　建立數(shù)學(xué)模型是對(duì)所研究的流動(dòng)問題進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，為數(shù)值求解做準(zhǔn)備工作。基本數(shù)學(xué)模型有：　　A、質(zhì)量守恒方程　　B、動(dòng)量守恒方程　　C、能量守恒方程　　ρ――流體密度，kg/m3；　　t――時(shí)間，s；　　――速度矢量，m/s；　　ui――速度在i方向上的分量，m/s；　　p――壓強(qiáng)，pa；　　Fi――體積力，N；　　T――溫度，K；　　

7、cp――定壓比熱；　　ST――粘性耗散項(xiàng)?！　?duì)于湍流流動(dòng)，還要補(bǔ)充反映湍流特性的其他方程?！　∵M(jìn)行氣流數(shù)值求解　　A、確定邊界條件與初始條件　　初始條件和邊界條件是控制方程有確定解的前提。初始條件是所研究對(duì)象在過程開始時(shí)刻各個(gè)求解變量的空間分布情況。對(duì)于瞬態(tài)問題必須給定初始條件，對(duì)于穩(wěn)態(tài)問題不需要初始條件。邊界條件是在求解區(qū)域的邊界上所求解的變量或其導(dǎo)數(shù)隨地點(diǎn)和時(shí)間的變化規(guī)律?！　、劃分計(jì)算網(wǎng)格　　網(wǎng)格分結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。簡(jiǎn)單說，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格在空間上比較規(guī)范，如對(duì)一個(gè)四邊形區(qū)域，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格多是成行成列分布的，而非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格在空間分布上沒有